KR20110016401A - Solid-state image pickup device and driving method thereof, and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고체 촬상 장치, 고체 촬상 장치의 구동 방법 및 전자 기기에 관한 것이다.The present invention relates to a solid-state imaging device, a method for driving a solid-state imaging device, and an electronic device.
고체 촬상 장치에 있어서, 단위 화소로부터는 광전 변환에 의해 축적되는 전하량에 대해 거의 선형의 출력 신호를 얻을 수 있다. 그리고, 고체 촬상 장치의 다이내믹 레인지는, 단위 화소가 축적할 수 있는 전하량(포화 전하량)과 노이즈 레벨로 일의적으로 정해진다. 즉, 고체 촬상 장치의 출력 레벨의 하한은 노이즈 레벨로 한정되고, 상한은 포화 레벨로 한정된다. 그 결과, 고체 촬상 장치의 다이내믹 레인지는, 포화 전하량과 노이즈 레벨로 일의적으로 정해진다.In the solid-state imaging device, an almost linear output signal can be obtained from the unit pixel with respect to the charge amount accumulated by the photoelectric conversion. The dynamic range of the solid-state imaging device is uniquely determined by the amount of charge (saturated charge) and noise level that can be accumulated by the unit pixel. That is, the lower limit of the output level of the solid-state imaging device is limited to the noise level, and the upper limit is limited to the saturation level. As a result, the dynamic range of the solid-state imaging device is uniquely determined by the saturation charge amount and the noise level.
이 다이내믹 레인지의 확대를 도모하기 위해, 다음과 같은 수법이 일반적으로 이용되고 있다. 즉, 장시간의 전하 축적으로 촬상한 저휘도 부분이 비교적 명료한 화상과, 단시간의 전하 축적으로 촬상한 고휘도 부분이 비교적 명료한 화상을 합성하는 등, 다른 감도의 신호를 합성함으로써, 고체 촬상 장치의 광(wider) 다이내믹 레인지화가 도모되고 있다.In order to enlarge this dynamic range, the following method is generally used. In other words, by combining a signal having a different sensitivity, such as a relatively clear image of a low luminance portion captured by a long charge accumulation and a relatively clear image of a high luminance portion captured by a short charge accumulation, Lighter dynamic range is being achieved.
그리고, 감도가 다른 신호를 얻는 기술로서, 서로 인접하는 복수의 단위 화소를 조(group)로 하여 출력 화상의 1화소에 대응시키도록 하고, 상기 조의 복수의 단위 화소의 감도를 각각 다르게 한 기술을 들 수 있다(예를 들면, 일본국 특개2005-065082호 공보 참조). As a technique for obtaining signals having different sensitivities, a technique in which a plurality of unit pixels adjacent to each other are set as a group to correspond to one pixel of an output image, and the sensitivity of the plurality of unit pixels in the set is different, respectively. (For example, see Unexamined-Japanese-Patent No. 2005-065082.).
그러나, 감도가 다른 신호를 얻기 위해, 상기 일본국 특개2005-065082호 공보 기재의 종래 기술에서는, 조가 되는 복수의 단위 화소를 출력 화상의 1화소에 대응시키고 있기 때문에, 촬상 면상의 단위 화소과 출력 화상의 화소가 1대1로 대응하는 경우에 비하여 출력 화상의 해상도가 저하된다.However, in order to obtain a signal having a different sensitivity, in the prior art described in Japanese Patent Laid-Open No. 2005-065082, since a plurality of unit pixels to be paired correspond to one pixel of an output image, the unit pixel and the output image on the imaging surface The resolution of the output image is lower than that in the case where the pixels correspond to one-to-one.
또한, 다른 기술로서, 판독 행을 복수행으로 하여 감도가 다른 복수의 신호를 같은 화소(하나의 화소)로부터 행 주사에서의 다른 타이밍에서 얻도록 한 기술을 들 수 있다(예를 들면, 일본국 특개2003-198948호 공보 참조).Another technique is a technique in which a plurality of read rows are obtained so that a plurality of signals having different sensitivitys are obtained from the same pixel (one pixel) at different timings in a row scan (for example, in Japan). See Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-198948).
그러나, 일본국 특개2003-198948호 공보 기재의 제 1의 실시예에서는, 감도가 다른 복수의 신호가 하나의 화소로부터 행 주사에서의 다른 타이밍에서 출력되기 때문에, 이들 감도가 다른 신호를 동시화(synchronization)하기 위한 프레임 메모리가 필요해지기 때문에 장치가 대형화함과 함께 비용 증대가 된다. 또한, 제 2의 실시예에서는, 하나의 화소로부터 먼저 출력된 신호에 대해 리셋 레벨이 나중에 출력되게 되기 때문에, 상기 먼저 출력되는 신호상에 리셋 노이즈가 놓여진다는 문제가 있다.However, in the first embodiment of Japanese Patent Laid-Open No. 2003-198948, since a plurality of signals having different sensitivity are output from one pixel at different timing in row scanning, these signals having different sensitivity are synchronized. As frame memory is needed for this purpose, the size of the device increases and the cost increases. Further, in the second embodiment, since the reset level is output later for the signal outputted first from one pixel, there is a problem that reset noise is put on the signal outputted first.
그래서, 본 발명은 프레임 메모리를 필요로 하거나, 먼저 출력된 신호에 리셋 레벨이 놓여지지 않고, 하나의 화소로부터 감도가 다른 복수의 신호를 얻는 것이 가능한 고체 촬상 장치, 고체 촬상 장치의 구동 방법 및 전자 기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the present invention requires a frame memory or a solid-state imaging device, a method for driving a solid-state imaging device, and an electronic device capable of obtaining a plurality of signals having different sensitivity from one pixel without having a reset level set on a signal output first. It is an object to provide a device.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 고체 촬상 장치의 제어 방법은 전하 축적 영역으로부터, 제 1의 기간 동안의 신호 전하의 축적에 대응한 제 1의 신호를 판독하고, 상기 전하 축적 영역으로부터, 제 2의 기간 동안의 신호 전하의 다른 축적에 대응한 제 2의 신호를 판독하고, 상기 제 1의 기간은 제 1의 셔터 동작을 실행하는 시간부터 제 2의 셔터 동작을 실행하는 시간까지의 기간이고, 상기 제 2의 기간은 제 2의 셔터 동작을 실행하는 시간부터 판독 행을 주사하는 기잔 중 또는 그 이전의 시간까지의 기간인 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the control method of the solid-state imaging device of the present invention reads the first signal corresponding to the accumulation of the signal charge during the first period from the charge accumulation region, and from the charge accumulation region, The second signal corresponding to the other accumulation of the signal charges during the second period is read out, and the first period is a period from the time of performing the first shutter operation to the time of performing the second shutter operation. The second period is characterized by a period from a time of performing the second shutter operation to a time before or during the scanning of the read row.
본 발명의 고체 촬상 장치는 광전 변화 소자와 전하 축적 영역을 포함하는 복수의 화소와, 제 1의 기간 동안에 신호 전하의 축적에 대응하는 제 1의 신호를 상기 전하 축적 영역으로부터 판독하고, 제 2의 기간 동안에 신호 전하의 다른 축적에 대응하는 제 2의 신호를 상기 전하 축적 영역으로부터 판독하도록 구성된 주사부를 포함하고, 상기 제 1의 기간은 제 1의 셔터 동작을 실행하는 시간부터 제 2의 셔터 동작을 실행하는 시간까지의 기간이고, 상기 제 2의 기간은 제 2의 셔터 동작을 실행하는 시간부터 판독 행을 주사하는 기간 중 또는 그 이전의 시간까지의 기간인 것을 특징으로 한다.The solid-state imaging device of the present invention reads out a plurality of pixels including a photoelectric change element and a charge accumulation region, and a first signal corresponding to the accumulation of signal charges during the first period from the charge accumulation region, A scanning portion configured to read from the charge accumulation region a second signal corresponding to another accumulation of signal charges during the period, the first period of time performing the second shutter operation from the time of performing the first shutter operation; And a second period is a period from a time of performing the second shutter operation to a time before or during the period of scanning the read row.
본 발명의 고체 촬상 장치를 갖는 전자 기기는 광전 변화 소자와 전하 축적 영역을 포함하는 복수의 화소와, 제 1의 기간 동안에 신호 전하의 축적에 대응하는 제 1의 신호를 상기 전하 축적 영역으로부터 판독하고, 제 2의 기간 동안에 신호 전하의 다른 축적에 대응하는 제 2의 신호를 상기 전하 축적 영역으로부터 판독하도록 구성된 주사부를 포함하고, 상기 제 1의 기간은 제 1의 셔터 동작을 실행하는 시간부터 제 2의 셔터 동작을 실행하는 시간까지의 기간이고, 상기 제 2의 기간은 제 2의 셔터 동작을 실행하는 시간부터 판독 행을 주사하는 기간 중 또는 그 이전의 시간까지의 기간인 것을 특징으로 한다.An electronic apparatus having a solid-state imaging device of the present invention reads from a plurality of pixels including a photoelectric change element and a charge accumulation region, and a first signal corresponding to accumulation of signal charges during a first period from the charge accumulation region. And a scanning portion configured to read from the charge accumulation region a second signal corresponding to another accumulation of signal charges during a second period, wherein the first period is second from the time of performing the first shutter operation. The second period is a period from the time of performing the second shutter operation to the time during or before scanning the read row.
메커니컬 셔터를 이용한 정지화 촬상에 있어서, 상기 광전 변환부상에는 메커니컬 셔터를 통하여 광을 입사시키고, 상기 메커니컬 셔터의 열림 상태에서 모든 상기 단위 화소의 상기 광전 변환부를 동시에 리셋하고, 뒤이어 상기 제 1의 전송 기구에 의해 상기 광전 변환부의 상기 전하를 모든 상기 단위 화소에서 동시에 상기 제 1의 전하 축적부에 전송하고, 그리고 나서, 상기 메커니컬 셔터의 닫힘 상태에서 상기 화소 어레이부의 각 화소를 행 단위로 차례로 선택하고, 상기 제 2의 전송 기구 및 상기 판독 기구에 의해 상기 제 1의 신호를 상기 신호선에 판독하고, 뒤이어 상기 제 1의 전송 기구, 상기 제 2의 전송 기구 및 상기 판독 기구에 의해 상기 제 2의 신호를 상기 신호선에 판독하면서 주사한다. 이 때, 제 1의 신호의 노광 기간은 모든 상기 화소의 동시 리셋부터 모든 상기 화소에서의 동시의 상기 제 1의 전하 축적부에의 전송까지의 기간이 된다. 또한, 제 2의 신호의 노광 기간은 계속해서 상기 메커니컬 셔터를 닫기까지의 기간이 된다. 이에 의해, 하나의 단위 화소로부터 노광 기간이 다른, 즉 감도가 다른 제 1, 제 2의 신호를 얻을 수 있다. 또한, 모든 화소의 노광 기간의 동시성이 확보되어 있다.In still image pick-up using a mechanical shutter, light is incident on the photoelectric conversion portion through a mechanical shutter, and the photoelectric conversion portions of all the unit pixels are simultaneously reset in the open state of the mechanical shutter, followed by the first transfer mechanism. Transfers the charges of the photoelectric conversion section to all of the unit pixels at the same time to the first charge storage section, and then, in the closed state of the mechanical shutter, each pixel of the pixel array section is sequentially selected in units of rows, The first signal is read into the signal line by the second transmission mechanism and the reading mechanism, followed by the second signal by the first transmission mechanism, the second transmission mechanism and the reading mechanism. Scanning is performed while reading the signal line. At this time, the exposure period of the first signal is a period from simultaneous reset of all the pixels to transfer to the first charge accumulation section at the same time in all the pixels. Further, the exposure period of the second signal continues to be the period until the mechanical shutter is closed. Thus, the first and second signals having different exposure periods, that is, different sensitivity, can be obtained from one unit pixel. In addition, the concurrency of the exposure period of all the pixels is ensured.
본 발명에 의하면, 프레임 메모리를 필요로 하거나, 먼저 출력된 신호에 리셋 레벨이 올라타거나 하는 일 없이, 하나의 단위 화소로부터 감도가 다른 복수의 신호를 얻을 수 있다. 또한, 정지화 촬상에 있어 모든 화소의 노광 기간의 동시성을 확보할 수 있다.According to the present invention, a plurality of signals having different sensitivities can be obtained from one unit pixel without requiring a frame memory or raising the reset level to the signal output first. Further, in the still image pick-up, the concurrency of the exposure periods of all the pixels can be ensured.
[0012]
도 1은 본 발명이 적용되는 CMOS 이미지 센서의 시스템 구성의 개략을 도시하는 시스템 구성도.
도 2는 단위 화소의 구성의 한 예를 도시하는 회로도.
도 3은 전하 축적부를 갖는 단위 화소의 단면 구조의 개략을 도시하는 단면도.
도 4는 변형례에 관한 단위 화소의 단면 구조의 개략을 도시하는 단면도.
도 5는 본 발명에 의한 촬상 장치의 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 6은 롤링 셔터에 의한 행 주사의 개념도.
도 7은 동화 모드에서의 1H 기간에서의 구동 타이밍을 도시하는 타이밍 차트.
도 8은 광다이내믹 레인지화를 위한 합성 처리를 행하는 신호 처리부의 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 9는 FD 신호와 PD 신호에 관한 광도와 신호 레벨의 관계를 도시하는 도면.
도 10은 광다이내믹 레인지화를 위한 합성 처리를 행하는 신호 처리부의 구성의 다른 예를 도시하는 블록도.
도 11은 FD 신호와 가중평균의 계수(β)의 관계의 한 예를 도시하는 도면.
도 12는 정지화 모드시의 동작에 관한 동작 설명도.[0012]
1 is a system configuration diagram showing an outline of a system configuration of a CMOS image sensor to which the present invention is applied.
2 is a circuit diagram illustrating an example of a configuration of a unit pixel.
3 is a cross-sectional view illustrating an outline of a cross-sectional structure of a unit pixel having a charge storage unit.
4 is a cross-sectional view illustrating an outline of a cross-sectional structure of a unit pixel according to a modification.
5 is a block diagram illustrating an example of a configuration of an imaging device according to the present invention.
6 is a conceptual diagram of row scanning by a rolling shutter.
7 is a timing chart showing driving timing in a 1H period in a moving picture mode;
8 is a block diagram showing an example of a configuration of a signal processing unit that performs a synthesis process for wide dynamic range.
9 is a diagram showing a relationship between light intensity and a signal level relating to an FD signal and a PD signal.
10 is a block diagram showing another example of the configuration of a signal processing unit that performs a synthesis process for wide dynamic range.
11 is a diagram illustrating an example of a relationship between an FD signal and a coefficient β of a weighted average.
12 is an operation explanatory diagram relating to an operation in a still mode.
이하, 발명을 실시하기 위한 형태(이하, "실시 형태"라고 기술한다)에 관해 도면을 이용하여 상세히 설명한다. 또한, 설명은 이하의 순서로 행한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the form for implementing invention (it describes as "embodiment" hereafter) is demonstrated in detail using drawing. The description will be made in the following order.
1. 본 발명이 적용되는 고체 촬상 장치(CMOS 이미지 센서의 예)1. Solid-state imaging device (example of CMOS image sensor) to which the present invention is applied
1-1. 시스템 구성 1-1. System configuration
1-2. 화소 구성 1-2. Pixel composition
2. 본 발명(실시 형태)의 특징 부분2. Features of the Invention (Embodiment)
3. 본 발명에 의한 전자 기기(촬상 장치의 예)3. Electronic device (example of imaging device) by this invention
3-1. 시스템 구성 3-1. System configuration
3-2. 동화 모드 3-2. Fairy tale mode
3-3. 정지화 모드 3-3. Still picture mode
3-4. 본 실시 형태의 작용 효과 3-4. Effects of the present embodiment
<1. 본 발명이 적용되는 고체 촬상 장치><1. Solid-state imaging device to which the present invention is applied>
[1-1. 시스템 구성][1-1. System configuration]
도 1은 본 발명이 적용되는 고체 촬상 장치, 예를 들면 X-Y 어드레스형 고체 촬상 장치의 일종인 CMOS 이미지 센서의 시스템 구성의 개략을 도시하는 시스템 구성도이다. 여기서, CMOS 이미지 센서란, CMOS 프로세스를 응용하여, 또는 부분적으로 사용하여 작성된 이미지 센서이다.1 is a system configuration diagram showing an outline of a system configuration of a solid-state imaging device to which the present invention is applied, for example, a CMOS image sensor which is a kind of X-Y address type solid-state imaging device. Here, the CMOS image sensor is an image sensor created by applying or partially using a CMOS process.
본 적용례에 관한 CMOS 이미지 센서(10)는, 반도체 기판(11)상에 형성된 화소 어레이부(12)와, 상기 화소 어레이부(12)와 같은 반도체 기판(11)상에 집적된 주변 회로부를 갖는 구성으로 되어 있다. 주변 회로부는, 예를 들면, 행(column) 구동부(13), 칼럼 처리부(14), 열(row) 구동부(15) 및 시스템 제어부(16)로 이루어진다.The
화소 어레이부(12)는, 입사하는 가시광을 광전 변환하고, 그 광도에 응한 전하량의 신호 전하(광전하)를 발생하여 내부에 축적하는 광전 변환 소자를 갖는 단위 화소(이하, 단지 "화소"라고 기술하는 경우도 있다)를 가지며, 상기 단위 화소가 행렬 형상으로 2차원 배치되어 있다. 단위 화소의 구체적인 구성에 관해서는 후술한다.The
화소 어레이부(12)에서, 행렬 형상의 화소 배열에 대해 화소행마다 화소 구동선(17)이 행방향(화소행의 화소 배열 방향)에 따라 배선되고, 화소열마다 수직 신호선(18)이 열방향(화소열의 화소 배열 방향)에 따라 배선되어 있다. 화소 구동선(17)은 화소로부터 신호를 판독하는 구동을 행하기 위한 구동 신호를 전송한다. 도 1에서는, 화소 구동선(17)에 관해 1개의 배선으로서 나타내고 있지만, 1개로 한정되는 것이 아니다. 화소 구동선(17)의 일단은 행 구동부(13)의 각 행에 대응한 출력단에 접속되어 있다.In the
행 구동부(13)는 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 화소 어레이부(12)의 각 화소를, 모든 상기 단위 화소 동시 또는 행 단위 등으로 구동하는 화소 구동부이다. 이 행 구동부(13)는 그 구체적인 구성에 관해서는 도시를 생략하지만, 일반적으로, 판독 주사계와 소출 주사계(sweep-scanning system)의 2개의 주사계를 갖는 구성으로 되어 있다.The
판독 주사계는, 단위 화소로부터 신호를 판독하기 위해, 화소 어레이부(12)의 단위 화소를 행 단위로 차례로 선택 주사한다. 단위 화소로부터 판독되는 신호는 아날로그 신호이다. 소출 주사계는, 판독 주사계에 의해 판독 주사가 행하여지는 판독 행에 대해, 그 판독 주사보다도 셔터 스피드의 시간분만큼 선행하여 소출 주사를 행한다.In order to read out a signal from the unit pixel, the read scanning system selectively scans the unit pixel of the
이 소출 주사계에 의한 소출 주사에 의해, 판독 행의 단위 화소의 광전 변환 소자로부터 불필요한 전하가 소출됨으로써, 상기 광전 변환 소자가 리셋된다. 그리고, 이 소출 주사계에 의한 불필요 전하의 소출(리셋)에 의해, 이른바 전자 셔터 동작이 행하여진다. 여기서, 전자 셔터 동작이란, 광전 변환 소자의 광전하를 버리고, 새롭게 노광을 시작하는( 광전하의 축적을 시작하는) 동작인 것을 말한다.The photoelectric conversion element is reset by dissipation of unnecessary charges from the photoelectric conversion elements of the unit pixels in the read row by the extraction scan by this emission scanning system. Then, the so-called electronic shutter operation is performed by dissipation (reset) of unnecessary charges by the dissipation scanning system. Here, the electronic shutter operation refers to an operation of discarding the photocharge of the photoelectric conversion element and starting exposure (starting accumulation of photocharge).
판독 주사계에 의한 판독 동작에 의해 판독된 신호는, 그 직전의 판독 동작 또는 전자 셔터 동작 이후에 입사한 광량에 대응하는 것이다. 그리고, 직전의 판독 동작에 의한 판독 타이밍 또는 전자 셔터 동작에 의한 소출 타이밍부터, 금회의 판독 동작에 의한 판독 타이밍까지의 기간이, 단위 화소에 있어서의 광전하의 축적 기간(노광 기간)이 된다.The signal read out by the read operation by the read scanning system corresponds to the amount of light incident after the immediately preceding read operation or the electronic shutter operation. Then, the period from the read timing by the immediately preceding read operation or the ejection timing by the electronic shutter operation to the read timing by the current read operation is the accumulation period (exposure period) of the photocharge in the unit pixel.
행 구동부(13)에 의해 선택 주사된 화소행의 각 단위 화소로부터 출력되는 신호는, 수직 신호선(18)의 각각을 통하여 칼럼 처리부(14)에 공급된다. 칼럼 처리부(14)는, 화소 어레이부(12)의 화소열마다, 선택행의 각 화소로부터 수직 신호선(18)을 통하여 출력된 신호에 대해 소정의 신호 처리를 행함과 함께, 신호 처리 후의 화소 신호를 일시적으로 보존한다.The signal output from each unit pixel of the pixel row selectively scanned by the
구체적으로는, 칼럼 처리부(14)는, 단위 화소의 신호를 받아서 상기 신호에 대해, 예를 들면 CDS(Correlated Double Sampling ; 상관 이중 샘플링)에 의한 노이즈 제거나, 신호 증폭이나, AD(아날로그-디지털) 변환 등의 신호 처리를 행한다. 노이즈 제거 처리에 의해, 리셋 노이즈나 증폭 트랜지스터의 임계치 편차 등의 화소 고유의 고정 패턴 노이즈가 제거된다. 또한, 여기서 예시한 신호 처리는 한 예에 지나지 않고, 신호 처리로서는 이들로 한정되는 것이 아니다.Specifically, the column processing unit 14 receives a signal of a unit pixel, and, for example, removes noise by CDS (Correlated Double Sampling; Correlated Double Sampling), amplifies a signal, or AD (Analog-Digital). Signal processing such as conversion. By the noise removal process, the fixed pattern noise inherent to pixels, such as reset noise and threshold deviation of an amplifying transistor, is removed. In addition, the signal processing illustrated here is only an example and is not limited to these as signal processing.
열 구동부(15)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 칼럼 처리부(14)의 화소열에 대응하는 단위 회로를 순번대로 선택한다. 이 열 구동부(15)에 의한 선택 주사에 의해, 칼럼 처리부(14)에서 신호 처리된 화소 신호가 순번대로 수평 버스(19)에 출력되고, 상기 수평 버스(19)를 통하여 반도체 기판(11)의 외부에 전송된다.The
시스템 제어부(16)는, 반도체 기판(11)의 외부로부터 주어지는 클록이나, 동작 모드를 지령하는 데이터 등을 받아들이고, 또한, 본 CMOS 이미지 센서(10)의 내부 정보 등의 데이터를 출력한다. 시스템 제어부(16)는 또한, 각종의 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 제너레이터를 가지며, 상기 타이밍 제너레이터에서 생성된 각종의 타이밍 신호를 기초로 행 구동부(13), 칼럼 처리부(14) 및 열 구동부(15) 등의 주변 회로부의 구동 제어를 행한다.The
[1-2. 화소 구성][1-2. Pixel configuration]
(회로 구성)(Circuit configuration)
도 2는 단위 화소의 구성의 한 예를 도시하는 회로도이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 본 구성례에 관한 단위 화소(20)는, 광전 변환부인 예를 들면 포토 다이오드(21)에 더하여, 예를 들면 전하 축적부(22), 전송 트랜지스터(23), 리셋 트랜지스터(24), 선택 트랜지스터(25) 및 증폭 트랜지스터(26)을 갖는 구성으로 되어 있다.2 is a circuit diagram illustrating an example of a configuration of a unit pixel. As shown in FIG. 2, the
여기서, 전송 트랜지스터(23), 리셋 트랜지스터(24), 선택 트랜지스터(25) 및 증폭 트랜지스터(26)로서, 예를 들면 N채널의 MOS 트랜지스터를 이용하고 있다. 단, 여기서 예시한 전송 트랜지스터(23), 리셋 트랜지스터(24), 선택 트랜지스터(25) 및 증폭 트랜지스터(26)의 도전형의 조합은 한 예에 지나지 않고, 이러한 조합으로 한정되는 것이 아니다.Here, for example, an N-channel MOS transistor is used as the
이 단위 화소(20)에 대해, 화소 구동선(17)으로서, 예를 들면, 판독선(171), 전송선(172), 리셋선(173) 및 선택선(174)의 4개의 구동 배선이 동일 화소행의 각 화소에 대해 공통으로 배선되어 있다. 이들 판독선(171), 전송선(172), 리셋선(173) 및 선택선(174)은 각 일단이 행 구동부(13)의 각 화소행에 대응한 출력단에 화소행 단위로 접속되어 있다. 구동부(13)는, 판독선(171), 전송선(172), 리셋선(173) 및 선택선(174)에 대해 화소(20)를 구동하는 구동 신호인 판독 펄스(ROG), 전송 펄스(TRG), 리셋 펄스(RST) 및 선택 펄스(SEL)을 출력한다.For this
포토 다이오드(21)는, 애노드 전극이 부측 전원(예를 들면, 그랜드)에 접속되어 있고, 수광한 광을 그 광량에 응한 전하량의 광전하(여기서는, 광전자)로 광전 변환하여 그 광전하를 축적한다. 포토 다이오드(21)의 캐소드 전극측에는 전하 축적부(22)가 마련되어 있다.The
전하 축적부(22)는, 판독 게이트부(221) 및 축적부(222)로 구성되어 있다. 판독 게이트부(221)는, 판독 채널(223)과 상기 판독 채널(223)의 위에 마련된 게이트 전극(224)으로 구성되어 있다. 게이트 전극(224)에는, 행 구동부(13)로부터 고(high)레벨(예를 들면, Vdd 레벨)이 액티브(이하, "High 액티브"라고 기술한다)가 되는 판독 펄스(ROG)가 판독선(171)을 통하여 주어진다. 이 판독 펄스(ROG)가 게이트 전극(224)에 주어짐으로써, 판독 게이트부(221)는 포토 다이오드(21)에 축적된 신호 전하를 판독한다.The
축적부(222)는, 부유 확산 영역(플로팅 디퓨전 영역)으로 이루어지고, 판독 게이트부(221)에 의해 포토 다이오드(21)로부터 판독된 신호 전하를 일시적으로 축적(보존)한다. 여기서, 판독 게이트부(221)의 게이트 전극(224)은 판독 채널(223)의 위뿐만 아니라, 축적부(222)의 위에도 연재되어 마련되어 있다. 즉, 전하 축적부(22)는, 게이트 전극(224)에 판독 펄스(ROG)가 인가된 때에, 판독 채널(223)의 포텐셜과 함께 축적부(222)의 포텐셜도 변화함에 의해 전하를 전송하는 CCD(Charge Coupled Device)의 구성을 채택하고 있다.The
전송 트랜지스터(23)는 전하 축적부(22)와 증폭 트랜지스터(26)의 게이트 전극과의 사이에 접속되고, 게이트 전극이 전송선(172)에 접속되어 있다. 이 전하 축적부(22)와 증폭 트랜지스터(26)의 게이트 전극이 전기적으로 연결된 노드(27)를 FD(플로팅 디퓨전)부라고 부른다. 전송 트랜지스터(23)의 게이트 전극에는, 행 구동부(13)으로부터 High 액티브의 전송 펄스(TRG)가 전송선(172)을 통하여 주어진다. 전송 트랜지스터(22)는, 전송 펄스(TRG)에 응답하여 온 상태가 되고, 축적부(222)에 일시적으로 축적된 신호 전하를 FD부(27)에 전송한다.The
리셋 트랜지스터(24)는, 게이트 전극이 리셋선(173)에, 드레인 전극이 화소 전원(Vdd)에, 소스 전극이 FD부(27)에 각각 접속되어 있다. 리셋 트랜지스터(24)의 게이트 전극에는, 행 구동부(13)로부터 High 액티브의 리셋 펄스(RST)가 리셋선(173)을 통하여 주어진다. 리셋 트랜지스터(23)는, 리셋 펄스(RST)에 응답하여 온 상태가 되고, FD부(27) 내의 전하를 화소 전원(Vdd)에 버림에 의해 상기 FD부(27)를 리셋한다.In the
선택 트랜지스터(25)는 예를 들면, 게이트 전극이 선택선(174)에, 드레인 전극이 화소 전원(Vdd)에 각각 접속되어 있다. 선택 트랜지스터(25)의 게이트 전극에는, 행 구동부(13)로부터 High 액티브의 선택 펄스(SEL)가 선택선(174)을 통하여 주어진다. 선택 트랜지스터(25)는, 선택 펄스(SEL)에 응답하여 온 상태가 되고, 화소 전원(Vdd)을 증폭 트랜지스터(26)의 드레인 전극에 줌에 의해 상기 증폭 트랜지스터(26)를 활성화 상태(단위 화소(20)를 선택 상태)로 한다.In the
증폭 트랜지스터(26)는, 게이트 전극이 FD부(27)에, 드레인 전극이 선택 트랜지스터(25)의 소스 전극에, 소스 전극이 수직 신호선(18)에 각각 접속되어 있다.In the amplifying
이 증폭 트랜지스터(26)는, 포토 다이오드(21)에서의 광전 변환에 의해 얻어지는 신호를 판독하는 판독 회로인 소스 팔로워 회로의 입력부가 된다. 즉, 증폭 트랜지스터(26)는, 소스 전극이 수직 신호선(18)에 접속됨으로써, 상기 수직 신호선(18)의 일단에 접속된 전류원(도시 생략)과 소스 팔로워 회로를 구성하고 있다.This amplifying
본 회로예에서는, 선택 트랜지스터(26)에 관해, 화소 전원(Vdd)과 증폭 트랜지스터(26)의 드레인 전극의 사이에 접속하는 회로 구성으로 하였지만, 증폭 트랜지스터(26)의 소스 전극과 수직 신호선(18)의 사이에 접속하는 회로 구성을 채택하는 것도 가능하다.In this circuit example, the
또한, 단위 화소(20)로서는, 전송 트랜지스터(23), 리셋 트랜지스터(24), 선택 트랜지스터(25) 및 증폭 트랜지스터(26)의 4개의 트랜지스터로 이루어지는 화소 구성의 것으로 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 선택 트랜지스터(25)를 생략하고, 화소 전원(Vdd)의 전압을 전환함에 의해 화소 선택을 하는 3개의 트랜지스터로 이루어지는 화소 구성의 것 등이라도 좋고, 그 화소 회로의 구성은 묻지 않는다.In addition, the
(단면 구조)(Section structure)
도 3은 포토 다이오드(21)로부터 FD부(27)에 걸쳐서의 단면 구조의 개략을 도시하는 단면도이다. 도 3에서, 도 2와 동등 부분(대응하는 부분)에는 동일 부호를 붙여서 나타내고 있다.3 is a cross-sectional view showing an outline of the cross-sectional structure from the
포토 다이오드(21)는 제 1 도전형, 예를 들면 p형 웰(28)상에 제 1 도전형(예를 들면, n형)과 역도전형(예를 들면 p형), 예를 들면 n형의 영역(211)이 형성되고, 표층부에 p+영역(212)이 형성되고, n형 영역(211)에 광전자를 저장하는 매입 포토 다이오드이다.The
전하 축적부(22)는 포토 다이오드(21)의 가까운 측이 판독 채널(223)이 되고, 포토 다이오드(21)로부터 먼 측에 n형의 부유 확산 영역으로 이루어지는 축적부(222)가 형성되고, 판독 채널(223) 및 축적부(222)상에 게이트 전극(224)가 마련된 구성으로 되어 있다. 판독 게이트부(221)에 의해 포토 다이오드(21)로부터 판독된(전송된) 신호 전하는 축적부(222)에 저장된다. 축적부(222)가 되는 부유 확산 영역의 불순물 농도는, 포토 다이오드(21)의 n형 영역(211)과 같은 정도의, 완전하게 공핍화할 수 있는 정도의 농도로 되어 있다.In the
전송 트랜지스터(23)는, 그 게이트 전극(231)이 전하 축적부(22)의 전하 축적부(부유 확산 영역)(222)와 인접하여 마련되고, 상기 게이트 전극(231)에 전송 펄스(TRG)가 주어짐에 의해 축적부(222) 내의 전하를 FD부(27)에 전송한다. FD부(27)는, 축적부(222)보다도 진한 농도, 즉 n+ 영역에 의해 형성되어 있다. 포토 다이오드(21) 이외의 영역은 텅스텐 등의 차광막(29)에 의해 차광되어 있다.In the
여기서, 전하 축적부(22)가 CCD의 구성으로 되어 있고, 포토 다이오드(21)→ 부유 확산 영역(222)→ FD부(27)의 전송 경로중에 콘택트 부가 존재하지 않는다. 따라서 포토 다이오드(21)가 매입 포토 다이오드인 것과, 전하 축적부(22)가 CCD의 구성으로 되어 있음으로써, 포토 다이오드(21)→ 부유 확산 영역(222)→ FD부(27)의 전송 경로로는, 전송 잔재가 생기지 않는 완전 전송을 실현할 수 있게 되어 있다.Here, the
또한, 본 화소 구조에서는, 전하 축적부(22)에서, 게이트 전극(224)를 부유 확산 영역(222)상에도 마련한다고 하였지만, 도 4에 도시하는 바와 같이, 게이트 전극(224A)을 판독 채널(221)상에만 마련하는 구성의 단위 화소(20A)로 하는 것도 가능하다. 이와 같이, 이 화소 구성을 채택하는 단위 화소(20A)의 경우에도, 게이트 전극(224)에 전송 펄스(TRG)가 주어진 때에, 판독 채널(223)의 포텐셜이 깊어짐에 의해 포토 다이오드(21) 내의 전하를 축적부(222)에 전송할 수 있다.In addition, in the pixel structure, although the
이상 설명한 단위 화소(20)의 구성(구조)에서, 전하 축적부(22)의 전하 축적부(222)를 제 1의 전하 축적부로 하고, FD부(27)를 제 2의 전하 축적부로 한다. 그리고, 전하 축적부(22)는, 포토 다이오드(21)의 전하를 제 1의 전하 축적부인 축적부(222)에 전송하는 제 1의 전송 기구를 구성하고 있다.In the configuration (structure) of the
전송 트랜지스터(23)는 축적부(222)의 전하를 제 2의 전하 축적부인 FD부(27)에 전송하는 제 2의 전송 기구를 구성하고 있다. 리셋 트랜지스터(24)는, FD부(27)를 리셋하는 리셋 기구를 구성하고 있다. 증폭 트랜지스터(26)는, FD부(27)의 전하에 응한 신호를 수직 신호선(18)에 판독하는 판독 기구를 구성하고 있다.The
(글로벌 셔터)(Global shutter)
상기 구성의 단위 화소(20)는, 포토 다이오드(21)와 FD부(27)의 사이에 일시적으로 신호 전하를 축적(보존)하는 전하 축적부(22)를 갖는 것을 특징으로 하고 있다. 단위 화소(20)에 전하 축적부(22)를 마련하는 기술은 주지의 기술이다(예를 들면, 일본국 특개평11-177076호 공보 참조).The
단위 화소(20)가 전하 축적부(22)를 갖는 CMOS 이미지 센서(10)에서, 광전 변환된 신호 전하를 모든 상기 단위 화소에서 동시에 판독하여 전하 축적부(22)에 축적함으로써, 메커니컬 셔터를 이용하지 않고서 모든 화소 일괄의 전자 셔터(글로벌 셔터)를 실현한다. 그리고, 전하 축적부(22)에 일시적으로 축적된 신호 전하에 관해서는, 행 구동부(13)에 의한 주사에 의해 화소행 단위로 순번대로 판독하게 된다.In the
(전하 축적부를 갖는 단위 화소의 부적합)(Incompatibility of Unit Pixel Having Charge Accumulation Part)
전하 축적부(22)를 갖는 단위 화소(20)에서는, 포토 다이오드(21)의 신호 전하를 전하 축적부(22)에 판독한 후, 포토 다이오드(21)로부터 전하 축적부(22)에 전하가 넘쳐서, 미리 보존하고 있는 전하 축적부(22)의 전하량을 바꾸어 버린다는 부적합함이 있다.In the
예를 들면, 포토 다이오드(21)가 1/1000초보다도 조금 긴 정도의 노광 시간(축적 시간)에서 꽉차게 되는 정도의 광량일 때에, 노광 시간이 1/1000초로 설정된다고 한다. 그리고, 포토 다이오드(21)에서 광전 변환된 신호 전하를 모든 상기 단위 화소에서 동시에 판독하여 전하 축적부(22)에 축적하고, 그리고 나서 전하 축적부(22) 내의 신호 전하를 행 주사에 의해 차례로 판독하는데 예를 들면 1/15초 정도가 긴 시간이 걸린다고 한다. 하면, 1/15초 정도의 행 주사 기간의 대부분의 기간에, 포토 다이오드(21)로부터 전하 축적부(22)에 전하가 계속 넘치게 된다.For example, it is assumed that the exposure time is set to 1/1000 second when the
또한, 단위 화소(20) 내에 전하 축적부(22)를 마련함으로써, 전하 축적부(22)의 분만큼 화소 사이즈가 커진다. 화소 사이즈를 전하 축적부(22)가 존재하지 않는 경우와 같은 정도에 하게 되면, 전하 축적부(22)분만큼 포토 다이오드(21)의 사이즈를 작게 하여야 하기 때문에, 다이내믹 레인지가 축소한다는 부적합함도 있다.In addition, by providing the
<2. 본 발명(실시 형태)의 특징 부분><2. Features of the Invention (Embodiment)
본 발명의 한 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치, 예를 들면 CMOS 이미지 센서는, 단위 화소(20)가 전하 축적부(22)를 가지며, 상기 CMOS 이미지 센서의 촬상면에는 메커니컬 셔터를 통하여 입사광이 받아들여지는 것을 전제로 한다. 그리고, 메커니컬 셔터에 의해 글로벌 셔터를 실현하는 한편, 전하 축적부(22)를 이용함에 의해 다이내믹 레인지의 확대를 도모한다.In the solid-state imaging device according to one embodiment of the present invention, for example, a CMOS image sensor, the
즉, 본 실시 형태에서는, 메커니컬 셔터를 이용하지 않는 경우에 단위 화소(20)의 포토 다이오드(21) 이외를 완전히 차광할 수 있어야 한다는 차광의 문제를 해소하면서, 글로벌 셔터와 다이내믹 레인지 확대를 양립할 수 있는 것을 특징으로 하고 있다.In other words, in the present embodiment, the global shutter and the dynamic range expansion can be made compatible while eliminating the problem of shading that a light shield other than the
여기서, 가시광의 광량에 응한 전하를 물리량으로서 검지하는 단위 화소가 행렬 형상으로 2차원 배치되어 이루어지는 CMOS 이미지 센서의 경우를 예로 들어서 설명하였지만, 이것로 한정되는 것이 아니다. 즉, 본 발명은 단위 화소(20)가 전하 축적부(22)를 갖는 X-Y 어드레스 방식의 고체 촬상 장치 전반에 대해 적용 가능하다. 또한, 고체 촬상 장치는 원칩으로서 형성된 형태라도 좋고, 촬상부와, 신호 처리부 또는 광학계가 통합하여 팩키징된 촬상 기능을 갖는 모듈상태의 형태라도 좋다. 그리고, 본 발명에 관한 고체 촬상 장치는, 디지털 스틸 카메라나 비디오 카메라 등의 촬상 장치나, 휴대전화기 등의 촬상 기능을 갖는 휴대 단말 장치 등의 전자 기기에서, 그 화상 취입부(광전 변환부)로서 이용할 수 있다.Here, although the case of the CMOS image sensor in which the unit pixel which detects the electric charge corresponding to the light quantity of visible light as a physical quantity is arrange | positioned two-dimensionally in matrix form was demonstrated as an example, it is not limited to this. That is, the present invention can be applied to the entire X-Y address type solid-state imaging device in which the
<3. 본 발명에 의한 전자 기기><3. Electronic device according to the present invention>
[3-1. 시스템 구성][3-1. System configuration]
다음에, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치를 메커니컬 셔터와의 조합으로 이용하는 본 발명에 의한 전자 기기에 관해 설명한다. 여기서는, 전자 기기로서 촬상 장치, 예를 들면 디지털 스틸 카메라의 경우를 예로 들어서 설명하는 것으로 한다.Next, the electronic apparatus by this invention which uses the solid-state imaging device which concerns on this embodiment in combination with a mechanical shutter is demonstrated. Here, the case of an imaging device, for example, a digital still camera, as an electronic device is demonstrated.
도 5는 본 발명에 의한 촬상 장치의 구성의 한 예를 도시하는 블록도이다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 본 발명에 의한 촬상 장치는, 선술한 CMOS 이미지 센서(10)에 더하여, 광학 블록(51), 카메라 신호 처리부(52), 인코더/디코더(53), 제어부(54), 입력부(55), 표시부(56) 및 기록 매체(57)를 구비하는 구성으로 되어 있다.5 is a block diagram showing an example of a configuration of an imaging device according to the present invention. As shown in FIG. 5, the imaging device according to the present invention includes, in addition to the
광학 블록(51)은 피사체로부터의 광을 CMOS 이미지 센서(10)에 집광하기 위한 렌즈(511), 광의 양을 조절하기 위한 조리개(512) 및 광을 선택적으로 받아들이기 위한 메커니컬 셔터(513) 등을 갖고 있다. 그리고, 메커니컬 셔터(513)에 의한 셔터 동작에 의해 정지화 촬상 모드시에 글로벌 셔터가 실현된다.The
또한, 광학 블록(51)은 또한, 렌즈(511)을 이동시켜서 포커스 맞춤이나 주밍을 행하기 위한 렌즈 구동 기구, 조리개(12)를 제어하기 위한 아이리스 기구 및 메커니컬 셔터(513)를 구동하기 위한 메커니컬 셔터 기구 등을 구비하고 있다. 이러한 기구부는, 제어부(54)로부터의 제어 신호에 의거하여 구동된다.In addition, the
CMOS 이미지 센서(10)는 X-Y 어드레스 방식의 고체 촬상 장치이고, 제어부(54)로부터의 제어 신호에 응하여, 선술한 단위 화소(20)의 노광이나 신호 판독, 리셋 등의 타이밍 제어가 행하여진다.The
카메라 신호 처리부(52)는 제어부(54)에 의한 제어하에, CMOS 이미지 센서(10)로부터 출력되는 화상 신호에 대해, 화이트 밸런스 조정 처리나 색 보정 처리 등의 카메라 신호 처리를 시행한다.Under the control of the
인코더/디코더(53)는, 제어부(54)에 의한 제어하에서 동작하고, 카메라 신호 처리부(52)로부터 출력되는 화상 신호에 대해, JPEG(Joint Photographic Coding Experts Group) 방식 등의 소정의 정지화상 데이터 포맷으로 압축 부호화 처리를 행한다.The encoder /
또한, 인코더/디코더(53)는, 제어부(54)로부터 공급되는 정지화상의 부호화 데이터에 대해 신장 복호화 처리를 행한다. 또한, 인코더/디코더(53)에서, MPEG(Moving Picture Experts Group) 방식 등에 의해, 동화상의 압축 부호화/신장 복호화 처리를 실행 가능하게 하여도 좋다.In addition, the encoder /
제어부(54)는 예를 들면, CPU(Central Processing Unit), ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory) 등에 의해 구성된 마이크로 컨트롤러이다. 그리고, 제어부(54)는, ROM 등에 기억된 프로그램을 실행함에 의해, 본 촬상 장치의 각 부분을 통괄적으로 제어한다.The
입력부(55)는 예를 들면 셔터 릴리스 버튼 등의 각종 조작 키나 레버, 다이얼 등으로 구성되고, 유저에 의한 입력 조작에 응한 각종의 제어 신호를 제어부(54)에 대해 출력한다.The
표시부(56)는 LCD 등(Liquid Crystal Display) 등의 표시 디바이스나, 이것에 대한 인터페이스 회로 등으로 이루어지고, 제어부(54)로부터 공급되는 화상 신호로부터 표시 디바이스에 표시시키기 위한 화상 신호를 생성한다. 그리고, 표시부(56)는, 생성한 화상 신호를 표시 디바이스에 공급함에 의해 상기 표시 디바이스에 화상을 표시시킨다. 기록 매체(59)는 예를 들면, 가반형의 반도체 메모리나, 광디스크, HDD(Hard Disk Drive), 자기 테이프 등으로서 실현되고, 인코더/디코더(53)에 의해 부호화된 화상 데이터 파일을 제어부(54)로부터 수취하여 기억한다. 또한, 제어부(54)로부터의 제어 신호를 기초로 지정된 데이터를 판독하고, 제어부(54)에 대해 출력한다.The
이상에서는, 촬상 장치로서 디지털 스틸 카메라를 예로 들었지만, 디지털 스틸 카메라로 한하지 않고, 피사체로부터의 입사광을 선택적으로 받아들이는 메커니컬 셔터를 갖는 촬상 장치 전반에 대해 적용 가능하다. 또한, 촬상 기능을 갖는 전자 기기에 탑재되는 모듈상태의 형태, 즉 카메라 모듈을 촬상 장치로 하는 경우도 있다.In the above, although the digital still camera was taken as an example of an imaging device, it is not limited to a digital still camera but can apply to the whole imaging device which has the mechanical shutter which selectively receives the incident light from a subject. Moreover, the form of the module state mounted in the electronic device which has an imaging function, ie, a camera module, may be used as an imaging device.
[3-2. 동화 모드]3-2. Fairy Tale Mode]
다음에, 상기 구성의 촬상 장치, 즉 디지털 스틸 카메라에 있어서의 모니터링 모드 등의 동화 모드시의 동작에 관해, 도 2의 화소 회로를 기초로 설명한다.Next, the operation in the moving picture mode such as the monitoring mode in the imaging device having the above configuration, that is, the digital still camera, will be described based on the pixel circuit of FIG. 2.
모니터링 모드 등의 동화 모드에서는, 1행씩 축적 시간이 어긋나서 화소 행 사이에서 동시성이 없는 셔터 동작, 즉 화소행마다 노광의 시작 및 종료를 설정하는 롤링 셔터 동작에 의해 포토 다이오드(21)로부터 신호 전하를 판독한다. 이 때의 행 주사의 개념도를 도 6에 도시한다. 행 구동부(13)에 의한 행 주사에 의해, 제 1 셔터 행, 제 2 셔터 행, 판독 행이 그 순서로, 도 6에 도시하는 바와 같은 관계로 순차적으로 주사되어 간다. 여기서, 제 1 셔터 행과 제 2 셔터 행의 행 간격(주사 타이밍의 간격)이 길고, 제 2 셔터 행과 판독 행의 행 간격이 짧다.In a moving image mode such as a monitoring mode, the signal charges from the
1H 기간(주사가 1행에 그치고 있는 기간)에서의 구동 타이밍을 도 7에 도시한다. 제 1 셔터 행에 관해서는, 판독 펄스(ROG), 전송 펄스(TRG) 및 리셋 펄스(RST)를 액티브(고레벨) 상태로 하고, 그 후 이들 펄스(ROG, TRG, RST)를 그 순서로 비액티브(저레벨) 상태로 한다. 이에 의해, 제 1 셔터 행의 각 화소의 포토 다이오드(21) 및 전하 축적부(22)의 전하 축적부(222)를 리셋한다. 이 리셋 동작 후, 포토 다이오드(21)에서 새롭게 광전자의 축적이 시작된다.7 shows driving timing in the 1H period (the period in which the scan is only one row). Regarding the first shutter row, the read pulses ROG, the transfer pulses TRG, and the reset pulses RST are made active (high level), and then these pulses ROG, TRG, and RST are decremented in that order. Set to the active (low level) state. This resets the
제 2 셔터 행에 관해서는, 전송 펄스(TRG) 및 리셋 펄스(RST)를 액티브 상태로 하고, 그 후 이들 펄스(TRG, RST)를 그 순서로 비액티브 상태로 함으로써, 우선 전하 축적부(22)의 전하 축적부(222)를 리셋한다. 다음에, 판독 펄스(ROG)를 액티브 상태로 함으로써, 포토 다이오드(21)의 전하를 전하 축적부(22)의 전하 축적부(222)에 전송한다. 이 때 전송되는 전하는, 이 화소를 제 1 셔터 행을 주사하는 타이밍부터, 제 2 셔터 행을 주사하는 타이밍까지의 기간에 광전 변환된 전하이다.Regarding the second shutter row, first, the transfer pulse TRG and the reset pulse RST are made active, and then these pulses TRG and RST are inactive in that order. The
판독 행에 관해서는, 선택 펄스(SEL)를 액티브 상태로 함에 의해 화소 선택을 행한다. 선택 펄스(SEL)가 액티브 상태안 기간에 있어서, 우선 리셋 펄스(RST)를 액티브 상태로 함에 의해 FD부(27)를 리셋한다. 이 리셋시의 FD부(27)의 전압에 대응하는 신호는 제 1의 리셋 레벨(이하, "Rst1 레벨"이라고 기술한다)로서, 증폭 트랜지스터(26)로부터 수직 신호선(18)을 통하여 칼럼 처리부(14)에 공급된다.Regarding the read row, pixel selection is performed by making the selection pulse SEL active. In the period during which the selection pulse SEL is in the active state, the
다음에, 전송 펄스(TGR)를 액티브 상태로 함으로써, 전송 트랜지스터(23)에 의해 전하 축적부(22)의 전하 축적부(222)로부터 FD부(27)에 광전자를 전송한다. 이 때의 광전자는, 제 1 셔터 행을 주사하는 타이밍부터 제 2 셔터 행을 주사하는 타이밍까지의 기간의 신호이다. 이 광전자의 전송시의 FD부(27)의 전압에 대응하는 신호는 제 1의 신호 레벨(이하, "FD 레벨"이라고 기술한다)로서, 증폭 트랜지스터(26)로부터 수직 신호선(18)을 통하여 칼럼 처리부(14)에 공급된다.Next, by making the transfer pulse TGR active, the
뒤이어, 재차 리셋 펄스(RST)를 액티브 상태로 함에 의해 FD부(27)를 재차 리셋한다. 이 리셋시의 FD부(27)의 전압에 대응하는 신호는 제 2의 리셋 레벨(이하, "Rst2 레벨"이라고 기술한다)로서, 증폭 트랜지스터(26)으부터 수직 신호선(18)을 통하여 칼럼 처리부(14)에 공급된다. 다음에, 판독 펄스(ROG) 및 전송 펄스(TRG)를 액티브 상태로 하고, 그 후, 판독 펄스(ROG)를 비액티브 상태로 함으로써, 포토 다이오드(21)의 광전자를 전하 축적부(22)를 통하여 FD부(27)까지 전송한다. 이 때 전송되는 광전자는, 제 2 셔터 행을 주사하는 타이밍부터 판독 행을 주사하는 타이밍까지의 기간의 신호이다. 그리고, 이 때의 FD부(27)의 전압에 대응한 신호는 제 2의 신호 레벨(이하, "PD 레벨"이라고 기술한다)로서, 증폭 트랜지스터(26)로부터 수직 신호선(18)을 통하여 칼럼 처리부(14)에 공급된다.Subsequently, the
칼럼 처리부(14)는, 수직 신호선(18)을 통하여 공급되는 FD 레벨과 Rst1 레벨의 차와, PD 레벨과 Rst2 레벨의 차를 취하는 연산 처리를 행한다. 이 연산 처리에 의해 얻어지는 전자(former)의 신호를 FD 신호, 후자(altter)의 신호를 PD 신호로 하면, FD 신호는 제 1 셔터 행을 주사하는 타이밍부터 제 2 셔터 행을 주사하는 타이밍까지의 긴 축적 시간의 신호이다. 따라서 이 FD 신호는 고감도의 신호이다. 한편, PD 신호는 제 2 셔터 행을 주사하는 타이밍부터 판독 행을 주사하는 타이밍까지가 짧은 축적 시간의 신호이다. 따라서 이 PD 신호는 저감도의 신호이다.The column processing unit 14 performs arithmetic processing taking the difference between the FD level and the Rst1 level supplied through the
그리고, 이 고감도의 신호와 저감도의 신호를 합성 처리함에 의해, 다이내믹 레인지가 넓은 신호를 얻을 수 있다. 이 합성 처리는, 칼럼 처리부(14) 내에서 행하는 것도 가능하고, 칩(도 1의 반도체 기판(11))의 출력단(出力段)에 마련되는 출력 회로부나, 칩 외부의 신호 처리부(도 5의 카메라 신호 처리부(52))에서 행하는 것도 가능하다.By synthesizing the high sensitivity signal and the low sensitivity signal, a signal having a wide dynamic range can be obtained. This synthesizing process can also be performed in the column processing unit 14, and includes an output circuit unit provided at an output end of the chip (the
(광다이내믹 레인지화를 위한 합성 처리)(Composite Processing for Wide Dynamic Range)
여기서, 광다이내믹 레인지화를 위한 합성 처리의 한 예에 관해 설명한다. 도 8에, 광다이내믹 레인지화를 위한 합성 처리를 행하는 합성 처리부(60)의 구성의 한 예를 도시한다.Here, an example of the synthesis process for the photodynamic range is described. 8 shows an example of the configuration of the
본 예에 관한 합성 처리부(60)는 레벨 판정부(61), 승산부(62) 및 신호 선택부(63)를 갖는 구성으로 되어 있다. 레벨 판정부(61)는, 제 1의 신호인 FD 신호가 포화 레벨 또는 그에 가깝고 리니어리티가 악화하고 있는 크기에 있는지의 여부를 기준치와 비교함에 의해 레벨 판정을 행한다. 승산부(62)는, 제 2의 신호인 PD 신호에 대해 상기 PD 신호와 FD 신호와의 감도비(α)를 승산한다.The
이 감도비(α)에 관해서는, 예를 들면, PD 신호의 노광 기간을 정하는 제 2 셔터 행부터 판독 행까지의 간격과, FD 신호의 노광 기간을 정하는 제 1 셔터 행부터 제 2 셔터 행까지의 간격의 비로부터 구할 수 있다.Regarding the sensitivity ratio α, for example, the interval from the second shutter row to the read row that defines the exposure period of the PD signal, and the first shutter row to the second shutter row that defines the exposure period of the FD signal It can be obtained from the ratio of the intervals of.
신호 선택부(62)는, FD 신호와 승산부(62)의 출력 신호를 2입력으로 하고, 레벨 판정부(61)의 판정 결과에 의거하여 2입력의 어느 한쪽을 선택하여 광다이내믹 레인지화의 신호로 한다. 구체적으로는, 신호 선택부(62)는, FD 신호가 포화 레벨 또는 그것에 가깝고 리니어리티가 악화하고 있는 크기일 때는, 승산부(62)의 출력 신호, 즉 PD 신호×감도비(α)를 선택하고, 그 이외에서는 FD 신호를 선택한다.The
이와 같이, FD 신호가 포화 레벨 또는 그에 가까운 기준치 이상일 때는 PD 신호×감도비(α)를 채용하고, FD 신호가 기준치보다 작을 때는 FD 신호를 그대로 채용함으로써, 광다이내믹 레인지화를 위한 합성 처리를 행할 수가 있다. 이 합성 처리부(60)에 의하면, 상술한 바와 같이 간단한 신호 처리로 합성 처리를 실현할 수 있고, 회로 규모도 작아도 된다. 따라서 합성 처리부(60)에 관해서는, 스페이스적인 제약이 있는 칼럼 처리부(14)에도 실장이 용이하다.In this way, when the FD signal is at the saturation level or higher than the reference value, the PD signal x sensitivity ratio? There is a number. According to this
여기서, 신호 선택부(62)에 의해 PD 신호×감도비(α) 및 FD 신호의 한쪽을 단순하게 선택하면, PD 신호×감도비(α)와 FD 신호의 이음매 부근에서 솔라리제이션이라고 불리는 신호의 단차(段差)가 생길 우려가 있다. 이 신호의 단차를 억제하는데는, 이음매 부근의 신호가 작은 측에서는 FD 신호가 무겁게 되는 무게 부여를 하고, 이음매 부근의 신호가 큰 측에서는 (PD 신호×감도비(α))가 무겁게 되는 무게 부여를 하는 가중 평균 처리를 행하도록 하면 좋다.Here, if one of the PD signal x sensitivity ratio α and the FD signal is simply selected by the
예를 들면, 감도비(α)가 α=4일 때, PD 신호의 레벨은 FD 신호의 레벨의 1/4이여서 PD 신호를 4배로 하면 좋다. 가중평균에 의한 합성 신호는, 계수를 β로 하면, 합성 신호=FD 신호×β+PD 신호×α×(1-β)라는 식으로 표시된다.For example, when the sensitivity ratio α is α = 4, the level of the PD signal is 1/4 of the level of the FD signal, and the PD signal may be quadrupled. The composite signal based on the weighted average is expressed by the formula: composite signal = FD signal × β + PD signal × α × (1-β).
도 9에, FD 신호 및 PD 신호에 관한 광량과 신호 레벨의 관계를 도시한다. 도 9에서, 레벨(a)는 FD 신호가 작은 것을 판단하는 기준치(제 2의 기준치)이고, 예를 들면 포화 레벨의 반분 정도로 설정된다. 또한, 레벨(b)는 FD 신호가 포화 레벨 또는 그에 가깝고 리니어리티가 악화하고 있는 크기인 것을 판단하는 기준치(제 1의 기준치)이다.9 shows the relationship between the light amount and the signal level for the FD signal and the PD signal. In Fig. 9, the level a is a reference value (second reference value) for determining that the FD signal is small, and is set at about half of the saturation level, for example. In addition, the level (b) is a reference value (first reference value) for determining that the FD signal is at or near the saturation level and the linearity is deteriorating.
상술한 가중 평균 처리는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 신호 선택부(63)의 후단에 가중평균부(64)를 마련함에 의해 실현할 수 있다. 구체적으로는, 이 가중평균부(64)를 갖는 합성 처리부(60A)에서, 가중평균부(64)에서의 신호 처리로서, FD 신호의 레벨에 응한 계수(β)의 값을 설정하고, 상기 연산 처리를 행한다.The weighted average process described above can be realized by providing the weighted
도 11에, FD 신호와 계수(β)의 값의 관계의 한 예를 도시한다. FD 신호가 기준치(a) 이하의 작은 신호일 때는 계수(β)의 값을 1로 한다. FD 신호가 기준치(b) 이상, 즉 포화 레벨 또는 그것에 가깝고 리니어리티가 악화하고 있는 크기일 때는 계수(β)의 값을 0으로 한다. FD 신호가 a<FD 신호<b일 때는, FD 신호의 크기에 응하여 계수(β)의 값을 1부터 0을 향하여 리니어하게 변화시킨다.11 shows an example of the relationship between the FD signal and the value of the coefficient β. When the FD signal is a small signal below the reference value a, the value of the coefficient β is set to one. When the FD signal is greater than or equal to the reference value b, i.e., the saturation level or the magnitude of the linearity deteriorating, the value of the coefficient β is zero. When the FD signal is a <FD signal <b, the value of the coefficient β is linearly changed from 1 to 0 depending on the magnitude of the FD signal.
이와 같은 계수(β)의 값의 설정에 의해, 가중 평균 처리는 다음과 같이 된다.By setting the value of such a coefficient β, the weighted average process is as follows.
(1) FD 신호≤a일 때는, 합성 신호=FD 신호(1) When FD signal ≤ a, synthesized signal = FD signal
(2) b≤FD 신호일 때는, 합성 신호=PD 신호×감도비(α)(2) When b≤FD signal, synthesized signal = PD signal x sensitivity ratio (α)
(3) a<FD 신호<b일 때는, 합성 신호=FD 신호×β+PD 신호×α×(1-β)(3) When a <FD signal <b, the synthesized signal = FD signal × β + PD signal × α × (1-β)
상술한 가중 평균 처리를 행함으로써, PD 신호×감도비(α)와 FD 신호의 양쪽의 신호를 매끈하게 연결할 수 있기 때문에, PD 신호×감도비(α)와 FD 신호의 이음매 부근에서의 신호의 단차를 억제할 수 있다. 합성 처리부(60, 60A)에 의한 합성 처리에 관해서는 동화뿐만 아니라, 후술하는 정지화에서도 완전히 마찬가지이다.By performing the above-described weighted average processing, it is possible to smoothly connect both the PD signal x sensitivity ratio α and the FD signal, so that the signal in the vicinity of the seam between the PD signal X sensitivity ratio α and the FD signal is The step can be suppressed. The synthesizing processing by the synthesizing
상술한 동작을 행하는 화소행을, 행 구동부(13)에 의해 순차적으로 선택하고, 롤링 셔터 동작을 실행함으로써, 프레임 메모리를 필요로 하거나, 먼저 출력된 신호에 리셋 레벨이 올라타거나 하는 일 없이, 하나의 화소로부터 감도가 다른 신호를 얻을 수 있다. 그리고, 감도가 다른 신호, 즉 고감도의 신호와 저감도의 신호를 합성 처리함으로써, CMOS 이미지 센서(10)의 다이내믹 레인지를 확대할 수 있다.By sequentially selecting the pixel rows for performing the above-described operation by the
특히, 하나의 화소로부터 감도가 다른 신호를 얻음으로써 출력 화상의 해상도의 열화도 없다. 즉, 촬상면상의 단위 화소와 출력 화상의 화소가 1대1로 대응하고 있기 때문에, 서로 인접하는 복수의 단위 화소를 조로 하여 출력 화상의 1화소에 대응시키도록 하고, 상기 조의 복수의 단위 화소로부터 감도가 다른 신호를 얻는다는 종래 기술과 같은 출력 화상의 해상도의 열화도 없다.In particular, by obtaining a signal having different sensitivity from one pixel, there is no deterioration in the resolution of the output image. That is, since the unit pixel on the imaging surface and the pixel of the output image correspond one-to-one, a plurality of unit pixels adjacent to each other are grouped to correspond to one pixel of the output image, and the sensitivity is obtained from the plurality of unit pixels of the group. There is also no deterioration in the resolution of the output image as in the prior art that different signals are obtained.
여기서, 먼저 판독된 FD 신호의 쪽이 후에 판독된 PD 신호보다도 장시간 노광의 신호인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 후에 판독된 PD 신호의 쪽이 장시간 노광의 신호이면, 그 장시간 노광 기간 내에 포토 다이오드(21)에 대광량(大光量)이 들어온 때, 포토 다이오드(21)로부터 전하 축적부(22)에 전하가 넘쳐서, 축적부(222)의 전하량을 바꾸어 버리기 때문이다.Here, it is preferable that the first read FD signal is a signal of longer exposure than the later read PD signal. If the PD signal read later is a signal for a long time exposure, when a large amount of light enters the
따라서 제 1 셔터 행부터 제 2 셔터 행까지의 간격을 길게 하여, 제 2 셔터 행부터 판독 행까지의 간격을 짧게 함으로써, 축적부(222)에 전하를 보존하고 있는 후자의 시간에, 포토 다이오드(21)로부터 축적부(222)에 전하가 넘치기 어렵게 할 수 있다. 게다가, 후에 판독되는 PD 신호의 쪽이 단시간 노광의 신호면, 포토 다이오드(21)로부터 FD부(27)에 전하 축적부(22)를 통하여 전송하는 전하량이 적어도 되기 때문에 포토 다이오드(21)로부터의 전하 전송이 행하기 쉽다.Therefore, by increasing the interval from the first shutter row to the second shutter row and shortening the interval from the second shutter row to the read row, at a later time in which charge is stored in the
제 2 셔터 행을 주사하는 타이밍부터 판독 행을 주사하는 타이밍까지의 짧은 시간에 포토 다이오드(21)로부터 전하가 넘칠만큼의 강한 광은 PD 신호에서 조차도 포화하고 있는 것이 검출될 뿐이기 때문에 문제 없다. 따라서 노광 시간의 장단을 이 순서로 하는, 즉 먼저 판독된 FD 신호를 후에 판독된 PD 신호보다도 장시간 노광의 신호로 함으로써, 포토 다이오드(21)로부터 넘치는 전하를 다른 곳에 도망가게 하기 위한 여분의 패스를 화소에 반드시 구비할 필요가 없어진다.In the short time from the timing of scanning the second shutter row to the timing of scanning the read row, light that is strong enough to overflow the charge from the
또한, 전하 축적부(22)에서, 게이트 전극(224)에 인가하는 판독 펄스(ROG)에 관해, Low측을 -1V 등의 부전압으로 하는 것이 바람직하다. 판독 펄스(ROG)의 Low측을 부전압으로 함으로써, 계면에 정공을 발생시킬 수 있기 때문에, 계면으로부터의 암전류의 발생을 방지할 수 있다.In the
[3-3. 정지화 모드][3-3. Still image mode]
다음에, 정지화 모드시의 동작에 관해 도 2의 화소 회로를 기초로 설명한다. 정지화인 경우, 움직이는 물체에 관해 왜곡이 발생하는 것이 큰 문제가 된다. 따라서 각 화소의 노광 시간에 관해 동시성을 확보할 필요가 있다. 본 실시 형태에서는, 노광 시간의 동시성의 확보에 관해서는 메커니컬 셔터에 의한 셔터 동작을 이용한다. 그리고, 전하 축적부(22)에 관해서는, 글로벌 셔터 동작을 실현하기 위해서가 아니라, 다이내믹 레인지를 확대하는 목적으로 이용하는 것을 특징으로 하고 있다.Next, the operation in the still mode will be described based on the pixel circuit of FIG. In the case of a still picture, it is a big problem that distortion occurs with respect to a moving object. Therefore, it is necessary to ensure concurrency with respect to the exposure time of each pixel. In this embodiment, the shutter operation by a mechanical shutter is used for ensuring the concurrency of the exposure time. The
정지화 모드시의 동작의 구체적인 예에 관해, 도 12의 동작 설명도를 이용하여 설명한다. 우선, CMOS 이미지 센서(10)에의 입사광로중에 배치된 메커니컬 셔터(513)(도 5 참조)가 열림 상태(Open)의 노광 기간에서 제 1 일괄 셔터 동작을 실행한다. 이 제 1 일괄 셔터 동작에서는, 전(全) 화소행에 관해 판독 펄스(ROG), 전송 펄스(TRG) 및 리셋 펄스(RST)를 액티브 상태로 하고, 그 후 이들 펄스(ROG, TRG, RST)를 그 순서로 비액티브 상태로 함으로써, 모든 상기 단위 화소에서 동시에 포토 다이오드(21)와 전하 축적부(22)의 전하 축적부(222)를 리셋한다. 여기서, 모든 화소를 완전 동시에 구동하는 것은 전원 드롭 등의 원인이 되기 때문에, 수십행씩 리셋하여 가는 등으로 극단시간에서 동작을 마치고, 실질적으로 동시로 간주할 수 있도록 하는 기술도 공지이다. 이후, 모든 상기 단위 화소 동시라고 말할 때에는 이러한 기술도 포함한다.A specific example of the operation in the still mode will be described with reference to the operation explanatory diagram of FIG. First, the mechanical shutter 513 (see FIG. 5) disposed in the incident optical path to the
다음에, 제 2 일괄 셔터 동작을 실행한다. 이 제 2 일괄 셔터 동작에서는, 모든 화소행에 관해 전송 펄스(TRG) 및 리셋 펄스(RST)를 액티브 상태로 하고, 그 후 이들 펄스(TRG, RST)를 그 순서로 비액티브 상태로 함으로써, 모든 상기 단위 화소에서 동시에 FD부(27)를 리셋한다. 그리고, 리셋 펄스(RST)가 비액티브 상태가 된 후에 판독 펄스(ROG)를 액티브 상태로 함으로써, (a)의 기간에 쌓였던 포토 다이오드(21)의 전하(광전자)를 모든 상기 단위 화소에서 동시에 전하 축적부(22)의 전하 축적부(222)에 전송한다.Next, the second batch shutter operation is executed. In this second batch shutter operation, the transfer pulse TRG and the reset pulse RST are made active for all the pixel rows, and then the pulses TRG and RST are inactive in that order, thereby all The
다음에, 메커니컬 셔터(513)을 닫힘 상태(Close)로 함으로써, 노광 기간을 종료한다. 이 시점에서, 포토 다이오드(21)에는 (b)의 기간에 걸쳐서 광전자가 쌓여 있다. 여기서, 기간(a)보다도 기간(b)의 쪽을 짧게 한다. 그리고, 화소 어레이부(12)에 대해행 구동부(13)에 의한 판독 행의 주사를 행한다.Next, by setting the
판독 행에 관해서는, 동화 모드시와 같은 동작을 행한다. 구체적으로는, 선택 펄스(SEL)가 액티브 상태의 기간에서, 우선 리셋 펄스(RST)를 액티브 상태로 함에 의해 FD부(27)를 리셋하고, Rst1 레벨을 판독한다. 뒤이어, 전송 펄스(TGR)를 액티브 상태로 함으로써, 전송 트랜지스터(23)에 의해 전하 축적부(22)의 전하 축적부(222)로부터 FD부(27)에 광전자를 전송하고, FD 레벨을 판독한다.Regarding the read row, the same operation as in the moving picture mode is performed. Specifically, in the period in which the selection pulse SEL is in an active state, the
다음에, 리셋 펄스(RST)를 액티브 상태로 함에 의해 FD부(27)를 재차 리셋하고, Rst2 레벨을 판독한다. 뒤이어, 판독 펄스(ROG) 및 전송 펄스(TRG)를 액티브 상태로 하고, 그 후, 판독 펄스(ROG)와 전송 펄스(TRG)를 비액티브 상태로 함으로써, 포토 다이오드(21)의 광전자를 FD부(27)에 전송하고, PD 레벨을 판독한다. 이와 같이 하여, FD 레벨 및 Rst1 레벨과, PD 레벨 및 Rst2 레벨을 칼럼 처리부(14)에 대해 공급한다.Next, the reset pulse RST is made active to reset the
칼럼 처리부(14)에서의 신호 처리에 대해서도 동화 모드시와 마찬가지로, FD 레벨과 Rst1 레벨의 차와, PD 레벨과 Rst2 레벨의 차를 취한다. 전자를 FD 신호, 후자를 PD 신호로 하면, FD 신호는, 제 1 일괄 셔터의 동작 타이밍부터 제 2 일괄 셔터의 동작 타이밍까지의 긴 기간(a)의 신호이고, 감도가 높은 신호이다. 한편, PD 신호는, 제 2 셔터 행을 주사하는 타이밍부터 판독 행을 주사하는 타이밍까지가 짧은 기간(b)의 신호이고, 감도가 낮은 신호이다. 그리고, 고감도의 신호인 FD 신호와 저감도의 신호인 PD 신호를 합성 처리함으로써, 다이내믹 레인지가 넓은 신호를 얻을 수 있다.The signal processing in the column processing unit 14 also takes the difference between the FD level and the Rst1 level, and the difference between the PD level and the Rst2 level as in the moving picture mode. If the former is used as the FD signal and the latter is the PD signal, the FD signal is a signal of a long period (a) from the operation timing of the first batch shutter to the operation timing of the second batch shutter, and is a high sensitivity signal. On the other hand, the PD signal is a signal of a short period (b) from the timing of scanning the second shutter row to the timing of scanning the read row, and is a low sensitivity signal. Then, by synthesizing the FD signal as the high sensitivity signal and the PD signal as the low sensitivity signal, a signal having a wide dynamic range can be obtained.
여기서, 먼저 판독된 FD 신호의 쪽이 후에 판독된 PD 신호보다도 장시간 노광의 신호인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 후에 판독된 PD 신호의 쪽이 장시간 노광의 신호이면, 그 장시간 노광 기간 내에 포토 다이오드(21)에 대광량이 들어온 때, 포토 다이오드(21)로부터 전하 축적부(22)에 전하가 넘처서, 축적부(222)의 전하량을 바꾸어 버리기 때문이다. 그래서, 제 1 일괄 셔터의 동작 타이밍부터 제 2 일괄 셔터의 동작 타이밍까지의 기간(a)을 길게 하고, 제 2 일괄 셔터의 동작 타이밍부터 메커니컬 셔터(513)의 Close까지의 기간(b)을 짧게 한다.Here, it is preferable that the first read FD signal is a signal of longer exposure than the later read PD signal. If the PD signal read later is a signal for a long time exposure, when a large amount of light enters the
이와 같이 함으로써, 전하 축적부(22)의 전하 축적부(222)에 전하를 보존하고 있는 후자의 기간에, 포토 다이오드(21)로부터 전하 축적부(22)의 전하 축적부(222)에 전하가 넘치기 어렵게 할 수 있다. 게다가, 후에 판독되는 PD 신호의 쪽이 단시간 노광의 신호이면, 포토 다이오드(21)로부터 FD부(27)에 전하 축적부(22)를 통하여 전송하는 전하량이 적어도 되기 때문에 포토 다이오드(21)로부터의 전하 전송이 행하기 쉽다.In this way, charges are transferred from the
제 2 일괄 셔터의 동작 타이밍부터 메커니컬 셔터(513)의 Close까지의 기간(b)에 포토 다이오드(21)로부터 전하가 넘치는 일도 있을 수 있지만, 그 경우는, 광량이 포화 이상이라고 검출되기 때문에 문제 없다. 따라서 노광 시간의 장단을 이 순서로 한다, 즉 먼저 판독된 FD 신호의 쪽을 후에 판독된 PD 신호보다도 장시간 노광의 신호로 함으로써, 포토 다이오드(21)로부터 넘치는 전하를 다른 곳에 도망가게 위한 여분의 파스를 화소에 반드시 구비할 필요가 없어진다.Although the charge may overflow from the
판독 행의 주사에 관해서는, 메커니컬 셔터(513)을 닫고서 행하도록 하고 있기 때문에, 단위 화소(20)가 전하 축적부(22)를 가지며, 상기 전하 축적부(22)를 이용함으로써 글로벌 셔터를 실현하는 종래 기술(일본국 특개평11-177076호 공보 참조)의 부적합을 해소할 수 있다. 즉, 판독 주사에 걸리는 긴 기간에 들어오는 광으로 포토 다이오드(21)로부터 전하가 넘쳐 나와 전하 축적부(22)의 전하 축적부(222)의 전하량을 바꾸어 버린다는 사태는 회피할 수 있다.The scanning of the read row is performed by closing the
[3-4. 본 실시 형태의 작용 효과]3-4. Effects of the present embodiment]
상술한 바와 같이, 단위 화소(20)가 포토 다이오드(21)와 FD부(27)의 사이에 전하 축적부(22)를 갖는 CMOS 이미지 센서(10)에서, 전하 축적부(22)를 이용함에 의해 다이내믹 레인지를 확대할 수 있다. 구체적으로는, 전하 축적부(22)를 이용하여 감도가 다른 복수의 신호를 얻고, 이들 복수의 신호를 합성 처리함에 의해 광다이내믹 레인지화를 도모할 수 있다. 정지화 촬상시의 화면 내의 노광 기간의 동시성에 관해서는 메커니컬 셔터(513)에 의한 셔터 동작에 의해 확보할 수 있다.As described above, the
또한, 하나의 단위 화소(20)로부터 감도가 다른 복수의 신호를 얻을 수 있기 때문에, 감도가 다른 신호를 얻는데 복수의 화소를 이용하는 경우와 같은 해상도의 저하를 초래하는 일이 없다. 또한, 감도가 다른 복수의 신호가 하나의 화소로부터 행 주사에서의 다른 타이밍에서 출력된 경우와 같은 감도가 다른 신호를 동시화하기 위한 프레임 메모리가 불필요해진다.In addition, since a plurality of signals having different sensitivity can be obtained from one
또한, 감도가 다른 신호가 동일 화소로부터의 신호이기 때문에, 다른 화소로부터의 신호인 경우와 같은 공간적인 어긋남에 의한 위색(僞色) 등의 영향이나, 화소 사이의 특성 편차의 영향을 받는 일 없이, 광다이내믹 레인지화를 위한 합성 처리를 행할 수가 있다.In addition, since signals with different sensitivities are signals from the same pixel, they are not affected by the influence of false color due to spatial deviation or the characteristic deviation between pixels as in the case of signals from other pixels. The synthesis process for wide dynamic range can be performed.
또한, 전하를 일시적으로 축적하는 전하 축적부(22)가 포토 다이오드(21)와 FD부(27)의 사이에 개재함으로써 다음과 같은 작용 효과를 얻을 수 있다. 즉, 전하 축적부(22)의 게이트 전극(224)에 인가하는 판독 펄스(ROD)의 Low측을 부전압으로 함으로써, 전하 축적부(22)의 표면에 정공을 발생시킬 수 있기 때문에, 계면으로부터의 암전류의 발생을 저감할 수 있다.In addition, when the
또한, FD부(27)를 리셋한 후에 전하를 전송하는 동작이 됨에 의해, 고감도·저감도의 각 신호 함께 리셋 레벨(Rst1, Rst2)이 FD 레벨·PD 레벨보다도 먼저 출력되는 판독 처리가 된다. 따라서 하나의 화소로부터 먼저 출력되는 신호에 대해 리셋 레벨이 나중에 출력되는 종래 기술의 경우와 같이 리셋 노이즈가 올라타는 일도 없다.In addition, since the charge transfer operation is performed after resetting the
앞에서도 기술하였지만, 전하 축적부(22)로서는, 부유 확산 영역(222)상에도 게이트 전극(224)를 마련하는 CCD 구성의 것이 아니라도, 포토 다이오드(21)로부터 판독한 전하를 일시적으로 보존하고, 그리고 나서 전송할 수 있는 구성(기구)의 것이라면 좋다. 예를 들면, 또한 하나 전송 게이트부와 전하 축적부를 마련하는 등의 구성을 채택하는 것도 가능하다. 전하 축적부(22)에 있어서, 축적부(22)의 포화 축적 전하량에 관해서는, 포토 다이오드(21)의 전하를 받을 수 있도록, 상기 포토 다이오드(21)보다 조금 큰 정도면 좋다. 이와 같은 포화 축적 전하량의 관계라도, 축적 시간의 비가 n배, 예를 들면 8배이면, 다이내믹 레인지를 8배로 확대를 할 수 있다. 다이내믹 레인지를 8배 확대하기 위해, 8배 정도의 큰 용량의 전하 축적부(22)를 마련할 필요는 없다.As described above, the
또한, 상기 실시 형태에서는, 하나의 단위 화소(20)로부터 고감도의 신호와 저감도의 신호의 감도가 다른 2개의 신호를 얻는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 전하 축적부(22)를 복수 마련함에 의해, 본 발명은 하나의 단위 화소(20)로부터 다른 3개 이상의 신호를 얻는 경우에 대해서도 마찬가지로 적용 가능하다.In the above embodiment, the case where two signals having different sensitivity of a high sensitivity signal and a low sensitivity signal are obtained from one
이상 본 발명을 상기 실시예에 입각하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예의 구성에만 한정되는 것이 아니고, 특허청구의 범위의 각 청구항의 발명의 범위 내에서 당업자라면 행할 수 있는 각종 변형, 수정을 포함하는 것은 물론이다.As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the said Example, this invention is not limited only to the structure of the said Example, Comprising: Various deformation | transformation, correction which a person skilled in the art can make within the scope of invention of each claim of a claim is included. Of course.
Claims (32)
상기 광전 변환부로부터 상기 전하를 제 1의 전하 축적부에 전송하는 제 1의 전송 기구와,
상기 제 1의 전하 축적부로부터 상기 전하를 제 2의 전하 축적부에 전송하는 제 2의 전송 기구와,
상기 전하에 응한 신호를 신호선에 판독하는 판독 기구와,
상기 제 2의 전하 축적부를 리셋하는 리셋 기구를 각각 갖는, 단위 화소가 행렬 형상으로 2차원 배치된 화소 어레이부와;
상기 광전 변환부가 리셋되고,
상기 제 1의 전송 기구가 상기 광전 변환부로부터 상기 전하를 상기 제 1의 전하 축적부에 전송하고,
상기 제 2의 전송 기구 및 상기 판독 기구가 상기 제 1의 전하 축적부의 상기 전하에 응한 제 1의 신호를 상기 신호선에 판독하고,
상기 제 1의 전송 기구, 상기 제 2의 전송 기구 및 상기 판독 기구가 상기 광전 변환부의 상기 전하에 응한 제 2의 신호를 상기 신호선에 판독하도록, 상기 단위 화소를 구동하는 행 구동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.A photoelectric conversion unit that accumulates electric charges generated by photoelectric conversion;
A first transfer mechanism for transferring the charge from the photoelectric conversion section to a first charge storage section;
A second transfer mechanism for transferring the charge from the first charge accumulator to a second charge accumulator;
A reading mechanism for reading out a signal corresponding to the charge to a signal line;
A pixel array portion in which unit pixels are two-dimensionally arranged in a matrix form, each having a reset mechanism for resetting the second charge accumulation portion;
The photoelectric conversion unit is reset,
The first transfer mechanism transfers the charge from the photoelectric conversion section to the first charge storage section,
The second transfer mechanism and the read mechanism read out a first signal corresponding to the charge of the first charge storage portion to the signal line,
And a row driver for driving the unit pixel such that the first transfer mechanism, the second transfer mechanism, and the readout mechanism read the second signal corresponding to the charge of the photoelectric conversion portion to the signal line. Solid-state imaging device.
상기 행 구동부는,
상기 광전 변환부를 리셋하는 제 1 셔터 행과,
상기 제 1의 전송 기구에 의해 상기 광전 변환부의 상기 전하를 상기 제 1의 전하 축적부에 전송하는 제 2 셔터 행과,
상기 제 2의 전송 기구 및 상기 판독 기구에 의해 상기 제 1의 신호를 상기 신호선에 판독하고, 상기 제 1의 전송 기구, 상기 제 2의 전송 기구 및 상기 판독 기구에 의해 상기 제 2의 신호를 상기 신호선에 판독하는 판독 행을 주사하고,
상기 제 1 셔터 행, 상기 제 2 셔터 행, 및 상기 판독행은 상기 제 1 셔터 행을 주사하는 타이밍부터 상기 제 2 셔터 행을 주사하는 타이밍까지의 기간이 상기 제 2 셔터 행을 주사하는 타이밍부터 상기 판독 행을 주사하는 타이밍까지의 기간과 다르게 하여 차례로 주사하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.The method of claim 1,
The row drive unit,
A first shutter row for resetting the photoelectric converter;
A second shutter row for transferring the charges of the photoelectric conversion section to the first charge storage section by the first transfer mechanism;
The first signal is read into the signal line by the second transmission mechanism and the reading mechanism, and the second signal is read by the first transmission mechanism, the second transmission mechanism, and the reading mechanism. Scan a read row to read on the signal line,
The first shutter row, the second shutter row, and the read row may include a period from the timing of scanning the first shutter row to the timing of scanning the second shutter row from the timing of scanning the second shutter row. And scanning sequentially in a different period from the time until the timing of scanning the read rows.
상기 제 1 셔터 행을 주사하는 타이밍부터 상기 제 2 셔터 행을 주사하는 타이밍까지의 기간은 상기 제 2 셔터 행을 주사하는 타이밍부터 상기 판독 행을 주사하는 타이밍까지의 기간보다도 긴 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.The method of claim 2,
The period from the timing of scanning the first shutter row to the timing of scanning the second shutter row is longer than the period from the timing of scanning the second shutter row to the timing of scanning the read row. Imaging device.
상기 제 1의 전송 기구는, 상기 광전 변환부와 상기 제 1의 전하 축적부 사이에 마련된 채널과,
상기 채널 및 상기 제 1의 전하 축적부의 위에 마련된 게이트 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.The method of claim 1,
The first transfer mechanism includes a channel provided between the photoelectric conversion unit and the first charge storage unit;
And a gate electrode provided on the channel and the first charge storage portion.
상기 제 1의 전하 축적부에 상기 전하를 보존하는 기간 동안에 상기 게이트 전극에 인가되는 전압은 상기 게이트 전극하에, 상기 제 1의 전하 축적부의 상기 전하와는 반대 극성의 전하를 생기게 하는 전압인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.The method of claim 4, wherein
Wherein the voltage applied to the gate electrode during the period of preserving the charge in the first charge storage portion is a voltage which, under the gate electrode, generates a charge of opposite polarity to the charge of the first charge storage portion. Solid-state imaging device.
상기 광전 변환부상에는 메커니컬 셔터를 통하여 광이 입사하고,
상기 행 구동부는,
상기 메커니컬 셔터의 열림 상태에서 모든 상기 단위 화소의 상기 광전 변환부를 동시에 리셋하고,
상기 제 1의 전송 기구는 상기 광전 변환부의 상기 전하를 모든 상기 단위 화소에서 동시에 상기 제 1의 전하 축적부에 전송하고,
상기 메커니컬 셔터의 닫힘 상태에서 상기 화소 어레이부의 상기 단위 화소를 행 단위로 차례로 선택하고,
상기 제 2의 전송 기구 및 상기 판독 기구에 의해 상기 제 1의 신호를 상기 신호선에 판독하고,
상기 제 1의 전송 기구, 상기 제 2의 전송 기구 및 상기 판독 기구에 의해 상기 제 2의 신호를 상기 신호선에 판독하면서 주사하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.The method of claim 1,
Light is incident on the photoelectric conversion unit through a mechanical shutter,
The row drive unit,
Simultaneously resets the photoelectric conversion parts of all the unit pixels in the open state of the mechanical shutter,
The first transfer mechanism transfers the charges of the photoelectric conversion section simultaneously to the first charge storage section in all the unit pixels,
In the closed state of the mechanical shutter, the unit pixels of the pixel array unit are sequentially selected in units of rows,
The first signal is read into the signal line by the second transmission mechanism and the reading mechanism,
And scanning the second signal while reading the second signal by the first transfer mechanism, the second transfer mechanism, and the read mechanism, onto the signal line.
모든 상기 화소의 동시 리셋부터, 모든 상기 화소에서의 동시의 상기 제 1의 전하 축적부에의 전송까지의 기간은 상기 메커니컬 셔터를 닫기까지의 연속 기간보다도 긴 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.The method of claim 6,
And the period from simultaneous reset of all the pixels to simultaneous transfer to the first charge storage section in all the pixels is longer than the continuous period until closing the mechanical shutter.
상기 신호선을 통하여 출력되는 상기 제 1의 신호와 상기 제 2의 신호를 합성 처리하는 합성 처리부를 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.The method according to claim 2 or 6,
And a synthesis processing unit for synthesizing the first signal and the second signal output through the signal line.
상기 합성 처리부는, 상기 제 1의 신호와 상기 제 2의 신호와의 감도비를 α로 할 때, 상기 제 1의 신호가 포화 레벨 또는 상기 포화 레벨에 가까운 기준치 이상일 때는 상기 제 2의 신호×α를 채용하고, 상기 제 1의 신호가 상기 기준치보다도 작을 때는 상기 제 1의 신호를 채용하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.The method of claim 8,
The synthesis processing section is configured to set the sensitivity ratio between the first signal and the second signal to be α. And employing the first signal when the first signal is smaller than the reference value.
상기 합성 처리부는, 상기 제 1의 신호가 포화 레벨 또는 상기 포화 레벨에 가까운 제1 기준치 보다도 작고, 또는 상기 제 1의 기준치보다도 작은 제 2의 기준치보다도 클 때에, 상기 제 1의 신호와 상기 제 2의 신호×α에 의해 구해진 신호에 대해 가중 평균 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.The method of claim 8,
The synthesis processor is further configured to provide the first signal and the second signal when the first signal is smaller than the saturation level or the first reference value close to the saturation level, or larger than the second reference value smaller than the first reference value. A weighted average process is performed on the signal obtained by the signal x? Of the solid-state imaging device.
상기 합성 처리부는, 계수를 β로 할 때, 상기 제 1의 신호×β+상기 제 2의 신호×α×(1-β)되는 연산에 의해 가중 평균 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.The method of claim 10,
The synthesis processing unit performs a weighted average process by a calculation in which the first signal × β + the second signal × α × (1-β) is performed when the coefficient is β.
상기 광전 변환부로부터 상기 전하를 제 1의 전하 축적부에 전송하는 제 1의 전송 기구와,
상기 제 1의 전하 축적부로부터 상기 전하를 제 2의 전하 축적부에 전송하는 제 2의 전송 기구와,
상기 전하에 응한 신호를 신호선에 판독하는 판독 기구와,
상기 제 2의 전하 축적부를 리셋하는 리셋 기구를 각각 갖는 단위 화소가 행렬 형상으로 2차원 배치된 고체 촬상 장치의 구동 방법에 있어서,
상기 광전 변환부를 리셋하는 제 1 셔터 행과,
상기 제 1의 전송 기구에 의해 상기 광전 변환부의 상기 전하를 상기 제 1의 전하 축적부에 전송하는 제 2 셔터 행과,
상기 제 2의 전송 기구 및 상기 판독 기구에 의해 상기 제 1의 전하 축적부의 상기 전하에 응한 제 1의 신호를 상기 신호선에 판독하고, 상기 제 1의 전송 기구, 상기 제 2의 전송 기구 및 상기 판독 기구에 의해 상기 광전 변환부의 상기 전하에 응한 제 2의 신호를 상기 신호선에 판독하는 판독 행을,
상기 제 1 셔터 행을 주사하는 타이밍부터 상기 제 2 셔터 행을 주사하는 타이밍까지의 기간이 상기 제 2 셔터 행을 주사하는 타이밍부터 상기 판독 행을 주사하는 타이밍까지의 기간과 다르게 하여 차례로 주사하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 구동 방법.A photoelectric conversion unit that accumulates electric charges generated by photoelectric conversion;
A first transfer mechanism for transferring the charge from the photoelectric conversion section to a first charge storage section;
A second transfer mechanism for transferring the charge from the first charge accumulator to a second charge accumulator;
A reading mechanism for reading out a signal corresponding to the charge to a signal line;
A driving method of a solid-state imaging device in which unit pixels each having a reset mechanism for resetting the second charge storage unit are two-dimensionally arranged in a matrix form,
A first shutter row for resetting the photoelectric converter;
A second shutter row for transferring the charges of the photoelectric conversion section to the first charge storage section by the first transfer mechanism;
The first transfer mechanism, the second transfer mechanism, and the readout read the first signal corresponding to the charges of the first charge storage portion by the second transfer mechanism and the readout mechanism, to the signal line. A readout row for reading a second signal corresponding to the charge of the photoelectric conversion section to the signal line by a mechanism;
Scanning is performed sequentially from the timing of scanning the first shutter row to the timing of scanning the second shutter row, different from the timing of scanning the second shutter row to the timing of scanning the read row. A method of driving a solid-state imaging device.
상기 광전 변환부로부터 상기 전하를 제 1의 전하 축적부에 전송하는 제 1의 전송 기구와,
상기 제 1의 전하 축적부로부터 상기 전하를 제 2의 전하 축적부에 전송하는 제 2의 전송 기구와,
상기 전하에 응한 신호를 신호선에 판독하는 판독 기구와,
상기 제 2의 전하 축적부를 리셋하는 리셋 기구를 각각 갖는 단위 화소가 행렬 형상으로 2차원 배치된 고체 촬상 장치의 구동 방법에 있어서,
상기 광전 변환부상에는 메커니컬 셔터를 통하여 광이 입사하고,
상기 메커니컬 셔터의 열림 상태에서 모든 상기 단위 화소의 상기 광전 변환부를 동시에 리셋하고,
상기 제 1의 전송 기구가 상기 광전 변환부의 상기 전하를 모든 상기 단위 화소에서 동시에 상기 제 1의 전하 축적부에 전송하고,
상기 메커니컬 셔터의 닫힘 상태에서 상기 화소 어레이부의 상기 단위 화소를 행 단위로 차례로 주사하고,
상기 제 2의 전송 기구 및 상기 판독 기구가 상기 제 1의 전하 축적부의 상기 전하에 응한 제 1의 신호를 상기 신호선에 판독하고,
상기 제 1의 전송 기구, 상기 제 2의 전송 기구 및 상기 판독 기구가 상기 광전 변환부의 상기 전하에 응한 제 2의 신호를 상기 신호선에 판독하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 구동 방법.A photoelectric conversion unit that accumulates electric charges generated by photoelectric conversion;
A first transfer mechanism for transferring the charge from the photoelectric conversion section to a first charge storage section;
A second transfer mechanism for transferring the charge from the first charge accumulator to a second charge accumulator;
A reading mechanism for reading out a signal corresponding to the charge to a signal line;
A driving method of a solid-state imaging device in which unit pixels each having a reset mechanism for resetting the second charge storage unit are two-dimensionally arranged in a matrix form,
Light is incident on the photoelectric conversion unit through a mechanical shutter,
Simultaneously resets the photoelectric conversion parts of all the unit pixels in the open state of the mechanical shutter,
The first transfer mechanism transfers the charges of the photoelectric conversion section simultaneously to the first charge storage section in all the unit pixels,
In the closed state of the mechanical shutter, the unit pixels of the pixel array unit are sequentially scanned in rows,
The second transfer mechanism and the read mechanism read out a first signal corresponding to the charge of the first charge storage portion to the signal line,
And said first transfer mechanism, said second transfer mechanism, and said readout mechanism read out a second signal in response to said charge on said photoelectric conversion portion to said signal line.
상기 광전 변환부로부터 상기 전하를 제 1의 전하 축적부에 전송하는 제 1의 전송 기구와,
상기 제 1의 전하 축적부로부터 상기 전하를 제 2의 전하 축적부에 전송하는 제 2의 전송 기구와,
상기 제 2의 전하 축적부의 전하에 응한 신호를 신호선에 판독하는 판독 기구와,
상기 제 2의 전하 축적부를 리셋하는 리셋 기구를 각각 갖는 단위 화소가 행렬 형상으로 2차원 배치된 화소 어레이부와,
상기 광전 변환부를 리셋하는 제 1 셔터 행과,
상기 제 1의 전송 기구에 의해 상기 광전 변환부의 상기 전하를 상기 제 1의 전하 축적부에 전송하는 제 2 셔터 행과,
상기 제 2의 전송 기구 및 상기 판독 기구가 상기 제 1의 전하 축적부의 상기 전하에 응한 제 1의 신호를 상기 신호선에 판독하고, 상기 제 1의 전송 기구, 상기 제 2의 전송 기구 및 상기 판독 기구가 상기 광전 변환부의 상기 전하에 응한 제 2의 신호를 상기 신호선에 판독하는 판독 행을,
상기 제 1 셔터 행을 주사하는 타이밍부터 상기 제 2 셔터 행을 주사하는 타이밍까지의 기간이 상기 제 2 셔터 행을 주사하는 타이밍부터 상기 판독 행을 주사하는 타이밍까지의 기간과 다르게 하여 차례로 주사하는 행 구동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치를 갖는 전자 기기.A photoelectric conversion unit that accumulates electric charges generated by photoelectric conversion;
A first transfer mechanism for transferring the charge from the photoelectric conversion section to a first charge storage section;
A second transfer mechanism for transferring the charge from the first charge accumulator to a second charge accumulator;
A reading mechanism that reads a signal corresponding to the charge of the second charge storage portion to a signal line;
A pixel array unit in which unit pixels each having a reset mechanism for resetting the second charge storage unit are two-dimensionally arranged in a matrix form;
A first shutter row for resetting the photoelectric converter;
A second shutter row for transferring the charges of the photoelectric conversion section to the first charge storage section by the first transfer mechanism;
The second transfer mechanism and the read mechanism read the first signal corresponding to the charge of the first charge storage portion to the signal line, and the first transfer mechanism, the second transfer mechanism, and the read mechanism A readout row for reading a second signal in response to the charge in the photoelectric conversion section to the signal line,
Rows in which the period from the timing of scanning the first shutter row to the timing of scanning the second shutter row differs from the timing of scanning the second shutter row to timing of scanning the read row An electronic device having a solid-state imaging device, comprising a drive unit.
상기 광전 변환부로부터 상기 전하를 제 1의 전하 축적부에 전송하는 제 1의 전송 기구와,
상기 제 1의 전하 축적부로부터 상기 전하를 제 2의 전하 축적부에 전송하는 제 2의 전송 기구와,
상기 제 2의 전하 축적부의 전하에 응한 신호를 신호선에 판독하는 판독 기구와,
상기 제 2의 전하 축적부를 리셋하는 리셋 기구를 각각 갖는 단위 화소가 행렬 형상으로 2차원 배치된 화소 어레이부를 갖는 고체 촬상 장치와,
상기 고체 촬상 장치의 촬상면에 대해 입사광을 선택적으로 받아들이는 메커니컬 셔터를 구비하고,
상기 고체 촬상 장치의 행 구동부는,
상기 메커니컬 셔터의 열림 상태에서 모든 상기 단위 화소의 상기 광전 변환부를 동시에 리셋하고,
상기 제 1의 전송 기구에 의해 상기 광전 변환부의 상기 전하를 모든 상기 단위 화소에서 동시에 상기 제 1의 전하 축적부에 전송하고,
상기 메커니컬 셔터의 닫힘 상태에서 상기 화소 어레이부의 단위 화소를 행 단위로 차례로 주사하고,
상기 제 2의 전송 기구 및 상기 판독 기구에 의해 상기 제 1의 전하 축적부의 상기 전하에 응한 제 1의 신호를 상기 신호선에 판독하고,
상기 제 1의 전송 기구, 상기 제 2의 전송 기구 및 상기 판독 기구에 의해 상기 광전 변환부의 상기 전하에 응한 제 2의 신호를 상기 신호선에 판독하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.A photoelectric conversion unit that accumulates electric charges generated by photoelectric conversion;
A first transfer mechanism for transferring the charge from the photoelectric conversion section to a first charge storage section;
A second transfer mechanism for transferring the charge from the first charge accumulator to a second charge accumulator;
A reading mechanism that reads a signal corresponding to the charge of the second charge storage portion to a signal line;
A solid-state imaging device having a pixel array unit in which unit pixels each having a reset mechanism for resetting the second charge storage unit are two-dimensionally arranged in a matrix form;
A mechanical shutter for selectively receiving incident light with respect to an imaging surface of the solid-state imaging device,
The row driver of the solid-state imaging device,
Simultaneously resets the photoelectric conversion parts of all the unit pixels in the open state of the mechanical shutter,
The first transfer mechanism transfers the charges of the photoelectric conversion section simultaneously to the first charge storage section in all the unit pixels,
In the closed state of the mechanical shutter, unit pixels of the pixel array unit are sequentially scanned in rows,
The first signal corresponding to the charge of the first charge storage portion is read by the second transfer mechanism and the read mechanism to the signal line,
And a second signal corresponding to the electric charge of the photoelectric conversion section is read into the signal line by the first transfer mechanism, the second transfer mechanism, and the read mechanism.
상기 전하 축적 영역으로부터, 제 2의 기간 동안의 신호 전하의 다른 축적에 대응한 제 2의 신호를 판독하고,
상기 제 1의 기간은 제 1의 셔터 동작을 실행하는 시간부터 제 2의 셔터 동작을 실행하는 시간까지의 기간이고,
상기 제 2의 기간은 제 2의 셔터 동작을 실행하는 시간부터 판독 행을 주사하는 기잔 중 또는 그 이전의 시간까지의 기간인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제어 방법.From the charge accumulation region, the first signal corresponding to the accumulation of the signal charge during the first period is read out,
Reading from the charge accumulation region a second signal corresponding to another accumulation of signal charges during a second period of time,
The first period is a period from the time of performing the first shutter operation to the time of performing the second shutter operation,
And said second period is a period from the time of performing the second shutter operation to the time before or during the scanning of the read row.
상기 다른 축적에 대응하는 신호 전하는 광전 변환 소자에 축적되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제어 방법.17. The method of claim 16,
The signal charge corresponding to the other accumulation is accumulated in the photoelectric conversion element.
상기 제 1의 셔터 동작은 노광 기간의 제 1의 간격(interval) 중에 복수의 화소 행에 대해 실행되고,
상기 제 2의 셔터 동작은 상기 노광 기간의 제 2의 간격 중에 복수의 화소 행에 대해 실행되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제어 방법.17. The method of claim 16,
The first shutter operation is performed for a plurality of pixel rows during a first interval of an exposure period,
And the second shutter operation is performed for a plurality of pixel rows during a second interval of the exposure period.
상기 제 1 및 제 2의 셔터 동작은 한 행씩 실행되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제어 방법.17. The method of claim 16,
And the first and second shutter operations are performed line by line.
상기 제 1의 셔터 동작은 상기 복수의 화소 행에서 동시에 실행되고,
상기 제 2의 셔터 동작은 상기 복수의 화소 행에서 동시에 실행되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제어 방법.19. The method of claim 18,
The first shutter operation is performed simultaneously in the plurality of pixel rows,
And said second shutter operation is performed simultaneously in said plurality of pixel rows.
메커니컬 셔터가 상기 제 2의 셔터 동작 이후에 닫히는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제어 방법.17. The method of claim 16,
And a mechanical shutter closes after the second shutter operation.
상기 메커니컬 셔터는 상기 판독 행을 주사하는 기간 동안 닫히는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제어 방법.The method of claim 21,
And the mechanical shutter is closed for a period of scanning the read row.
상기 메커니컬 셔터는 상기 제 2의 기간을 종결하도록 닫히는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제어 방법.The method of claim 22,
And the mechanical shutter is closed to terminate the second period of time.
상기 제 1의 기간 이후의 상기 제 2의 기간은 상기 제 1의 기간 보다 짧은 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제어 방법.17. The method of claim 16,
And the second period after the first period is shorter than the first period.
상기 전하 축적 영역을 리셋하기 위해, 상기 제 1의 신호의 상기 판독 스텝 이전에 제 1의 리셋 동작을 실행하고,
전하 축적부로부터 신호 전하를 전송하기 위해 제 1의 전송 동작을 실행하고,
상기 제 1의 전송 동작은 상기 제 1의 리셋 동작과 상기 제 1의 신호의 판독 사이에서 일어나는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제어 방법.17. The method of claim 16,
To reset the charge accumulation region, a first reset operation is performed before the read step of the first signal,
Perform a first transfer operation to transfer the signal charge from the charge accumulation section,
And said first transfer operation occurs between said first reset operation and readout of said first signal.
상기 전하 축적 영역을 리셋하기 위해, 상기 제 2의 신호의 상기 판독 이전의 제 2의 리셋 동작을 실행하고,
상기 전하 축적 영역으로부터 신호 전하를 전송하기 위해, 제 2의 전송 동작을 실행하고,
상기 제 2의 전송 동작은 상기 제 2의 리셋 동작 이후에 일어나는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제어 방법.17. The method of claim 16,
To reset the charge accumulation region, to perform a second reset operation before the readout of the second signal,
To transfer a signal charge from the charge accumulation region, to perform a second transfer operation,
And said second transfer operation occurs after said second reset operation.
상기 제 1의 신호를 상기 제 2의 신호에 가산하는 합성 처리를 실행하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.17. The method of claim 16,
And performing a combining process of adding the first signal to the second signal.
상기 합성 처리는,
상기 제 1의 신호의 포화 레벨을 판정하기 위해 상기 제 1의 신호를 제 1의 기준치에 비교하고,
변경된 제 2의 신호를 획득하기 위해 상기 제 1의 신호와 상기 제 2의 신호와의 감도비에 기초하여 상기 제 2의 신호를 변경하고,
출력 신호를 생성하기 위해 상기 비교에 기초하여 상기 제 1의 신호와 상기 변경된 제 2의 신호 중의 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.The method of claim 27,
The synthesis process,
Compare the first signal to a first reference value to determine a saturation level of the first signal,
Modifying the second signal based on a sensitivity ratio between the first signal and the second signal to obtain a changed second signal,
And selecting one of the first signal and the modified second signal based on the comparison to generate an output signal.
상기 감도비는 상기 제 1의 신호에 대한 노광 기간을 판정하는 상기 제 2의 셔터 행과, 상기 제 2의 신호에 대한 노광 기간을 판정하는 상기 제 1의 션터 행 사이의 간격(interval)의 비(ratio)인 것을 특징으르 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.The method of claim 28,
The sensitivity ratio is a ratio of an interval between the second shutter row that determines the exposure period for the first signal and the first shunt row that determines the exposure period for the second signal. It is a ratio (ratio), The manufacturing method of the solid-state imaging device characterized by the above-mentioned.
상기 합성 처리는,
계수(β)를 0과 1 사이의 값으로 할 때, 상기 제 1의 기준 신호가 상기 제 1의 기준치와 제 2의 기준치 사이에 있으면 상기 계수(β)에 기초하여 상기 출력 신호에 대해 가중 평균 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.The method of claim 28,
The synthesis process,
When the coefficient β is a value between 0 and 1, a weighted average of the output signal based on the coefficient β if the first reference signal is between the first reference value and the second reference value The process is performed, The manufacturing method of the solid-state imaging device characterized by the above-mentioned.
제 1의 기간 동안에 신호 전하의 축적에 대응하는 제 1의 신호를 상기 전하 축적 영역으로부터 판독하고, 제 2의 기간 동안에 신호 전하의 다른 축적에 대응하는 제 2의 신호를 상기 전하 축적 영역으로부터 판독하도록 구성된 주사부를 포함하고,
상기 제 1의 기간은 제 1의 셔터 동작을 실행하는 시간부터 제 2의 셔터 동작을 실행하는 시간까지의 기간이고,
상기 제 2의 기간은 제 2의 셔터 동작을 실행하는 시간부터 판독 행을 주사하는 기간 중 또는 그 이전의 시간까지의 기간인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.A plurality of pixels including a photoelectric change element and a charge accumulation region,
To read from the charge accumulation region a first signal corresponding to accumulation of signal charges during the first period and read from the charge accumulation region a second signal corresponding to another accumulation of signal charges during the second period. Including a configured injection part,
The first period is a period from the time of performing the first shutter operation to the time of performing the second shutter operation,
And said second period is a period from a time of performing a second shutter operation to a time before or during a period of scanning a read row.
제 1의 기간 동안에 신호 전하의 축적에 대응하는 제 1의 신호를 상기 전하 축적 영역으로부터 판독하고, 제 2의 기간 동안에 신호 전하의 다른 축적에 대응하는 제 2의 신호를 상기 전하 축적 영역으로부터 판독하도록 구성된 주사부를 포함하고,
상기 제 1의 기간은 제 1의 셔터 동작을 실행하는 시간부터 제 2의 셔터 동작을 실행하는 시간까지의 기간이고,
상기 제 2의 기간은 제 2의 셔터 동작을 실행하는 시간부터 판독 행을 주사하는 기간 중 또는 그 이전의 시간까지의 기간인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치를 갖는 전자 기기.A plurality of pixels including a photoelectric change element and a charge accumulation region,
To read from the charge accumulation region a first signal corresponding to accumulation of signal charges during the first period and read from the charge accumulation region a second signal corresponding to another accumulation of signal charges during the second period. Including a configured injection part,
The first period is a period from the time of performing the first shutter operation to the time of performing the second shutter operation,
And said second period is a period from a time of performing a second shutter operation to a time before or during a period of scanning a read row.
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